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Wirkstoffe aus Pflanzen: Arbeitsteilung im Bioreaktor

Wissenschaftler des KIT und der Firma Phyton Biotech GmbH bilden komplexes Pflanzengewebe technisch nach, um noch effektiver Wirkstoffe gegen Krebs und Alzheimer zu gewinnen.
Grafik: Wirkstoffe aus Pflanzen
Am KIT entwickelt: Der mikrofluidische Bioreaktor ahmt Pflanzengewebe technisch nach. Im neuen Projekt machen die Forscher nun den nächsten Schritt (Quelle: KIT)

Pflanzen produzieren zahlreiche Substanzen, die sich bei der Behandlung von Krebs, Alzheimer oder Parkinson einsetzen lassen. Doch häufig sind die Stoffwechselwege zur Zielsubstanz so komplex, dass ihre biotechnologische Herstellung wenig effektiv und kostenintensiv ist. In einem Forschungsprojekt kombinieren Wissenschaftler des KIT ihre Expertise mit dem technologischen Know-how der Phyton Biotech GmbH, dem größten Produzenten pharmazeutischer Inhaltsstoffe mit Pflanzenzellen. Die Wissenschaftler ahmen komplexes Pflanzengewebe technisch nach, um Wirkstoffe gegen Krebs oder Alzheimer effektiver und günstiger zu gewinnen als bislang.

Nach neuesten Schätzungen bilden Pflanzen etwa eine Million chemische Stoffe, sogenannte Sekundärmetabolite. In diesem gewaltigen Pool aus pflanzlicher Produktion schlummert ein wahrer Schatz aus pharmazeutisch aktiven Substanzen, die zum Beispiel das Wachstum von Krebszellen hemmen oder die Bildung der für Alzheimer typischen Plaques im Gehirn verringern.

Viele dieser kostbaren Inhaltsstoffe können jedoch nicht synthetisch hergestellt werden. Häufig müssen sie deshalb direkt aus Wildpflanzen extrahiert und kostenintensiv aufgereinigt werden. Zudem sind viele dieser Pflanzen selten und bedroht: Beispielsweise wurde die Pazifische Eibe durch die Entdeckung, dass Taxol® Krebszellen hemmt, an den Rand der Ausrottung gebracht. „Deshalb sind biotechnologische Ansätze zur Gewinnung entsprechender Wirkstoffe von großem Interesse“, sagt Peter Nick, Professor für Molekulare Zellbiologie am Botanischen Institut des KIT.

„Für bestimmte Substanzen gilt jedoch, dass sie sich weder in einer einfachen Zellkultur noch in gentechnisch manipulierten Mikroorganismen abbilden lassen, weil die Stoffwechselwege zu komplex sind“, sagt Peter Nick. „In einem neuen Forschungsprojekt wollen wir deshalb ein Pflanzengewebe mit unterschiedlichen Zelltypen technisch nachbilden – mit einem sogenannten mikrofluidischen Bioreaktor. Dieser besteht aus einer Reihe von Modulen, in denen je ein Zelltyp kultiviert wird. Die Module sollen über Kanäle miteinander verbunden sein. Ziel ist es, dass Stoffwechselprodukte eines Zelltyps in das nächste Modul gelangen und dort weiterverarbeitet werden, ohne dass sich die unterschiedlichen Zelltypen vermischen. Die Zielsubstanz könnte dann zum Beispiel aus dem Durchfluss extrahiert und somit ‚geerntet‘ werden.“

Forschungsprojekt mit drei Partnern

Das Projekt wird vom Projektträger Jülich betreut und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung über zwei Jahre mit 750.000 Euro gefördert. Projektpartner sind das Botanische Institut, das Institut für Mikrostrukturtechnik (beide KIT) und das Unternehmen Phyton Biotech GmbH. Zusammen decken die drei Partner die für das Projekt nötige Expertise komplett ab.

Das Botanische Institut bringt seine Erfahrung in der molekularen Zellbiologie pflanzlicher Zellkulturen ein. Prof. Andreas Guber und Dr. Ralf Ahrens vom Institut für Mikrostrukturtechnik sind für die Entwicklung und Fertigung der Teilkomponenten der mikrofluidischen Bioreaktoren sowie deren Mikro-Montage und Verschaltung zu einem funktionsfähigen Gesamtsystem zuständig. Die Phyton Biotech GmbH als Industriepartner ist weltweit führend im Bereich Pflanzenzellfermentation und liefert die nötige Expertise und Infrastruktur, um die Anwendungsmöglichkeiten auf industriellem Maßstab auszuloten.

„Wir glauben, dass wir in dieser Kooperation mit den Experten des KIT die Nutzung von kontrolliert kultivierten Pflanzenzellen auf eine neue Ebene stellen können“, sagt Dr. Gilbert Gorr, Leiter für Forschung und Entwicklung bei Phyton. „Die Zugänglichkeit zu weiteren Naturstoffen zu ermöglichen, die bisher nur unter größten Schwierigkeiten und Kosten produziert werden können, ist unser gemeinsames Ziel“.

Phyton Biotech ist als Hersteller von qualitativ hochwertigen aktiven pharmazeutischen Inhaltsstoffen durch Pflanzenzellfermentation (PCF®) ein weltweiter Lieferant für Paclitaxel und Docetaxel. Das Unternehmen ist erfolgreich von Behörden wie EDQM, EMA, FDA, KFDA und TGA inspiziert worden. Neben der Produktion bietet Phyton auch Entwicklungsdienste für Kunden an. Diese umfassen die Entwicklung von pflanzlichen Zelllinien und Fermentationsprozessen für pflanzliche Inhaltsstoffe, aber auch die Entwicklung von Syntheseprozessen komplexer Substanzen.

Weitere Informationen finden sich in der Pressemitteilung 045/2016.


ne, 29.03.2016