Dagegen ist ein Kraut gewachsen!

Viele der heute genutzten Medikamente enthalten Wirkstoffe, die einst in Pflanzen entdeckt wurden. So auch Levodopa (auch L-DOPA), ein Wirkstoff, der die Bewegungsstörungen bei Parkinson sowie beim Restless-Legs-Syndrom (RLS) vermindern kann. Die Symptome treten nach gegenwärtigem Stand vor allem durch einen Mangel des Neurotransmitters Dopamin im Gehirn auf. Levodopa hilft, da es vom menschlichen Organismus in Dopamin umgewandelt wird.

Levodopa-Produktion mit Molecular Farming

Natürlicherweise findet sich Levodopa beispielsweise in den Samen von Acker- und Juckbohnen und in Wurzelgemüse wie der Roten Bete. Die Pflanzen produzieren den Stoff mutmaßlich, um Fressfeinde abzuwehren.

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Levodopa wird als Medikamentenwirkstoff schon seit über 50 Jahren aber nicht mehr aus Pflanzen gewonnen, sondern chemisch synthetisiert. Dies liegt u. a. daran, dass bei der Produktion pflanzlichen Levodopas in der Vergangenheit auch andere Inhaltsstoffe der Pflanze in die Extrakte gelangten, die bei manchen Patienten Anämien und Halluzinationen auslösten.

ForscherInnen des John Innes Centre für molekulare Pflanzenforschung in Norwich (England) und des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam haben nun eine neue Molecular Farming-Technologie entwickelt, um reines Levodopa kostengünstig aus Pflanzenextrakten gewinnen zu können.

Tomaten-Levodopa ohne Nebenwirkungen

Durch einen gentechnischen Eingriff gelang es den ForscherInnen, Tomatenpflanzen mit einem höheren Gehalt an Levodopa zu erzeugen. Dazu transferierten sie zunächst den Genabschnitt CYP76AD6 aus der Roten Bete in das Tomatengenom. Dieser Genabschnitt codiert für ein Enzym, das die Aminosäure Tyrosin in Levodopa umwandelt.

Um die Levodopa-Produktion dieser neu entwickelten Tomatenpflanzen noch zu steigern, kreuzte sie das Team anschließend mit einer Tomatenlinie, die besonders viel Tyrosin als Ausgangssubtrat herstellt. Damit sind in der gekreuzten Tomatenlinie Spitzenwerte von bis zu 150 mg Levodopa pro Kilogramm Tomaten möglich. Das Gute: Die Tomaten enthalten keine Inhaltsstoffe, die wie bei anderen pflanzlichen Levodopa-Extrakten zu schädlichen Nebenwirkungen bei Parkinson-Patienten führen.

Bessere Zugänglichkeit zum Medikament

Cathie Martin, Leiterin der englischen Arbeitsgruppe, erklärt die Vorteile dieser neuen Molecular Farming-Technologie: „Die Idee ist, dass man die gentechnisch veränderten Tomaten mit relativ wenig Infrastruktur kultivieren kann.“ Man könne sie kostengünstig und kontrolliert in Gewächshäusern anbauen und anschließend das Levodopa vor Ort gewinnen. Mit geringem technischem Aufwand ließe sich ein reines Produkt herstellen, das dann lokal als Medikament verteilt werden könnte. Gerade für Entwicklungsländer, wo sich viele Patienten den Levodopa-Preis von zwei Dollar für eine Tagesdosis nicht leisten können, bietet dies neue Perspektiven.

Grüner Tee und Kakao im Kampf gegen das Coronavirus

Doch nicht nur Tomaten sind in der medizinischen Forschung gefragt. Eine Studie der North Carolina State University in den USA zeigte kürzlich, dass auch grüner Tee und Kakao noch unbekanntes medizinisches Potenzial haben.

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Sie enthalten chemische Verbindungen, die ein essentielles Enzym des SARS-CoV-2-Virus in seiner Verbreitung hemmen. De-Yu Xie, Professor für Pflanzen- und Mikrobiologie und Autor der Studie, erklärt: „Das Enzym M^pro benötigt SARS-CoV-2 für seine Replikation. Wenn dieses Enzym gehemmt oder deaktiviert ist, bricht der Vermehrungszyklus des Virus ab.“ Im Idealfall würde sich durch die Blockade dieses Enzyms die Vermehrung des Virus auch im menschlichen Körper hemmen und so ein Krankheitsausbruch verhindern oder der Krankheitsverlauf abmildern lassen.

Analysen machen Hoffnung

Die Forscher kamen auf die Idee, Inhaltsstoffe von Kakao und Tee zu testen, da beide Pflanzen in der Wissenschaft bekannt für ihre entzündungshemmenden und antioxidativen Eigenschaften sind.

Mithilfe von Computeranalysen, mit denen die Bindung an M^pro simuliert wurde, identifizierten sie gleich mehrere chemischen Verbindungen, die das Enzym blockieren können. Anschließend testeten sie diese Inhaltsstoffe auf ihre Hemmwirkung gegenüber M^pro in Reagenzglastests. „In Grünen Tee haben wir fünf chemische Verbindungen gefunden, die an verschiedene Stellen an M^pro binden und es so blockieren“, berichtet Xie. Auch die Analysen von Kakao zeigten eine Enzymhemmung von ca. 50 Prozent. Ob diese Stoffe auch im menschlichen Körper gegen Coronaviren ausreichend wirksam sind, ist zu diesem Zeitpunkt aber noch offen.

Quellen:

• Breitel, D. et al. (2020): Metabolic engineering of tomato fruit enriched in L-DOPA. In: Metabolic Engineering 62, (23. November 2020), doi: 10.1016/j.ymben.2020.11.011.
• Yue, Z. und De-Yu, X. (2020): Docking Characterization and in vitro Inhibitory Activity of Flavan-3-ols and Dimeric Proanthocyanidins Against the Main Protease Activity of SARS-Cov-2. In: Frontiers in Plant Science 11, 601316, (30. November 2020), doi: 10.3389/fpls.2020.601316.

Zum Weiterlesen auf Pflanzenforschung.de:

• Molecular farming in der Covid-19-Pandemie - Pflanzenbiotechnologische Ansätze für Diagnostik und Impfung
• Tomatenfrüchte werden zu Heilstoff-Bomben - Mit Tomaten soll die Erzeugung pflanzlicher Heilstoffe in industriellem Maßstab gelingen
• Kostengünstig und sicher - Krebsimpfstoffe aus Pflanzen

Titelbild: Sekundäre Pflanzenstoffe in grünem Tee stoppten die Vermehrung von Coronaviren im Labor. (Bildquelle: © Ascyrafft Adnan / Pixabay)