Zuletzt aktualisiert am 20. Januar 2023 um 21:11
30 enzymatische Schritte in Hefe implantiert
Viele Substanzen, die wir in der Medizin, der Kosmetikindustrie und der Lebensmittelherstellung verwenden, sind natürlichen Ursprungs. Es ist jedoch manchmal sehr schwierig, diese natürlichen Moleküle in ausreichend großen Mengen zu beschaffen.
Ein Musterbeispiel dafür ist Spinnenseide. Sie ist ungemein stark, flexibel, wasserlöslich, biokompatibel und biologisch abbaubar. Leider können wir Spinnen nicht einfach für ihre Seide ‚melken’. Viele Spinnenarten sind territorial und ernähren sich von Artgenossen. Zudem produzieren sie verschiedene Arten von Seide. Es ist also nicht gerade einfach, Spinnenseide in eine effiziente Lieferkette umzuwandeln – abgesehen von der Frage, ob dies überhaupt ethisch vertretbar ist.
Hefe: Miniaturfabrik mit Potenzial
Glücklicherweise liefert die Natur eine fast unüberschaubare Zahl von Mikroben. Sie können fast alles verwenden, um fast alles zu machen. Bakterien und Hefepilze sind natürliche Miniaturfabriken mit großem Potenzial.
Bei Hefen handelt es sich um einzellige Pilze, die seit langem ein wichtiger Bestandteil des menschlichen Lebens sind. Brot, Bier oder Wein brauchen Hefe für die Herstellung.
Hefepilze wachsen schnell und stellen wenige Ansprüche. Zudem ist das Genom mehrerer Schlüsselarten bekannt. Durch homologe Rekombination, den Austausch von genetischem Material, können Hefepilze relativ einfach manipuliert werden.
Lieferkette für Krebsmedikamente
Bisher ist bekannt, dass Hefen für die Herstellung von Hustenmitteln und Verbindungen zur Behandlung von Übelkeit, Magen-Darm-Problemen und neuromuskulären Erkrankungen wie der Parkinson-Krankheit verwendet werden können.
Eine neue Studie zeigt, dass wir bald Krebs in diese Liste aufnehmen könnten. Genauer gesagt entwickeln die Forscher Hefe, um Vindolin und Catharanthin zu produzieren. Beide Moleküle stammen von Catharanthus roseus oder dem Kap-Immergrün, einer blühenden Pflanze, die auf Madagaskar beheimatet ist.
Diese beiden Moleküle sind schwierig zu synthetisieren. 2.000 kg getrocknete Blätter von Catharanthus roseus sind nötig, um 1 kg Produkt zu erhalten. Die weltweite Versorgung hängt bisher von relativ langsamen und ertragsschwachen Extraktions- und Reinigungsprozessen ab. Am Ende werden Vindolin und Catharanthin zur Herstellung der Chemotherapeutika Vincrinste (oder Oncovin) und Vinblastin (oder Velban) verwendet.
Proof-of-Concept für praktikable Lösungen
Um Vindolin und Catharanthin herzustellen, führten die Forscher nicht weniger als 30 spezifische enzymatische Schritte in die Hefe ein. Das erforderte insgesamt 56 genetische Änderungen. Und es hat funktioniert. Ausgehend von Tryptophan oder Geranylpyrophosphat (beide Moleküle stellt die Hefe ohnehin her) produzierte der gesamte Prozess schließlich Vindolin und Catharanthin.
Die aktuelle Studie lieferte ein Proof-of-Concept im kleinen Maßstab. Es bleibt abzuwarten, wie einfach es ist, diesen Prozess zu skalieren. Weitere Anpassungen und Optimierungen sind dabei sicher erforderlich.
Dennoch sind die Studienautoren zuversichtlich. Sie betonen: „Mikrobielle Lieferketten für unentbehrliche Arzneimittel mit wenigen anderen Lieferanten, langen Vorlaufzeiten und hoher Fertigungskomplexität sind praktikable Lösungen, um die globale oder regionale Versorgung mit diesen Arzneimitteln sicherzustellen, insbesondere bei unvorhersehbaren Umweltereignissen wie Naturkatastrophen, Pflanzenkrankheiten und Pandemien.“
Quelle:
Zhang J, Hansen LG, Gudich O, Viehrig K, Lassen LMM, Schrübbers L, Adhikari KB, Rubaszka P, Carrasquer-Alvarez E, Chen L, D’Ambrosio V, Lehka B, Haidar AK, Nallapareddy S, Giannakou K, Laloux M, Arsovska D, Jørgensen MAK, Chan LJG, Kristensen M, Christensen HB, Sudarsan S, Stander EA, Baidoo E, Petzold CJ, Wulff T, O’Connor SE, Courdavault V, Jensen MK, Keasling JD. A microbial supply chain for production of the anti-cancer drug vinblastine. Nature. 2022 Sep;609(7926):341-347. doi: 10.1038/s41586-022-05157-3. Epub 2022 Aug 31. PMID: 36045295; PMCID: PMC9452304. (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36045295/)
