Wirkstoff gegen Malaria aus Tabak

Massenhaft billig produzierbar und wirksam - das sind die Hauptanforderung an einen Wirkstoff gegen Malaria. Wissenschaftler haben nun eine neue, kostengünstige Methode entwickelt, die den steigenden Bedarf an Malriamedikamenten zu günstigen Preisen decken kann.

Jedes Jahr sterben etwa eine halbe Million Menschen an Malaria. Die Tropenkrankheit gehört zu den verheerendsten Krankheiten weltweit, denn die meisten Betroffenen sind arm. Die Krankheit wird hauptsächlich in den Tropen und Subtropen durch den Stich einer weiblichen Stechmücke (Moskito) der Gattung Anopheles übertragen, die die einzelligen Parasiten der Gattung Plasmodium übertragen. Wer infiziert wurde, leidet unter sehr hohem, wiederkehrendem Fieber, Schüttelfrost, Beschwerden des Magen-Darm-Trakts und Krämpfen. Besonders bei Kindern kann die Krankheit schnell zum Koma und Tod führen.

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Produktion bisher zu aufwendig und daher zu teuer

Die einzigen Mittel, die gegen Malaria helfen, basieren auf Artemisinin, einem Stoff, den die Wildpflanze Artemisia annua, der einjährige Beifuß, natürlicherweise produziert. Allerdings nur in geringen Mengen. Aufgrund der aufwendigen Gewinnung aus einer ertragsarmen Heilpflanze ist Artemisinin bisher teuer und somit kaum zugänglich für Patienten in ärmeren Ländern. In früheren Ansätzen hatten Wissenschaftler bereits das betreffende Genset in die Hefe Saccharomyces cerevisiae übertragen. Doch auch hier entpuppte sich die Produktion von Artemisinin als zu aufwendig und damit zu kostenintensiv für ärmere Patienten.

Tabakpflanze zur Massenproduktion

Wissenschaftlern vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam gelang es nun mit Hilfe einer neuen Methode, den Vorläufer des Artemisinin, die Artemisininsäure, in großen Mengen herzustellen. Hierfür transferierten sie den entsprechenden Stoffwechselweg aus dem wildwachsenden einjährigen Beifuß in den Tabak, einer Pflanze, die landwirtschaftlich großflächig angebaut werden kann und in ihren ausladenden Blättern große Mengen an Artemisininsäure günstig produzieren kann.

Spezielle COSTREL-Linie sorgt für große Mengen an Artemisininsäure

Das Wissenschaftlerteam nennt seinen Ansatz der Artemisininsäureproduktion in Tabak „COSTREL“, was für kombinatorische Supertransformation von transplastomischen Empfängerlinien steht. Hierfür werden in einem ersten Schritt die Gene für die wichtigsten Enzyme der Artemisininsynthese in das Erbgut der Chloroplasten der Tabakpflanze übertragen. Durch die Veränderung der Chloroplasten werden sogenannte transplastomische Pflanzen erzeugt. Die besten dieser Pflanzen wurden dann ausgewählt, um einen weiteren Satz an Genen einzufügen, nun allerdings direkt in den Zellkern der Pflanzen. So entsteht die fertige COSTREL-Linie. Die zusätzlichen Gene greifen in die Regulation des Stoffwechselwegs ein und sorgen dafür, dass die Synthese der Artemisininsäure noch einmal erhöht wird.

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„Die Artemisinin-Produktion im Einjährigen Beifuß findet in sogenannten Drüsenhaaren statt und fällt dadurch sehr gering aus. Die COSTREL-Tabaklinien dagegen können das Artemisinin in ihren Chloroplasten und somit im gesamten Blatt herstellen“, beschreibt die Erstautorin der Studie Dr. Paulina Fuentes einen der entscheidenden Vorteile der Tabakpflanze.

Aus mehr als 600 Tabaklinien die beste ausgewählt

In ihrer Studie haben die Wissenschaftler mehr als 600 Tabaklinien erzeugt, die mit unterschiedlichen Kombinationen der Gene des Artemisinin-Stoffwechsels ausgestattet sind und diese hinsichtlich ihrer Menge an Artemisinin-Stoffwechselprodukten untersucht. Sie konnten dadurch Tabaklinien identifizieren, die mit 120 Milligramm pro Kilogramm unerwartet hohe Mengen Artemisininsäure in ihren Blättern produzierten, welche in einer einfachen nachfolgenden chemischen Reaktion in Artemisinin umgewandelt werden kann.

Globaler Jahresbedarf auf 200 Quadratkilometern gedeckt

Würde man diese Tabaklinien auf etwa 200 Quadratkilometern, also 20 000 Hektar, anbauen, würde die hieraus geerntete Menge an Artemisininsäure nach Angaben der Studienautoren den globalen Jahresbedarf von etwa 100 t an Artemisinin decken – ein vielversprechender Ansatz, der vor allem den zahlreichen armen Malaria-Patienten zugutekommen würde. Zum Vergleich: In Deutschland bewirtschaften die Bauern etwa 12 Millionen Hektar Ackerland.