Zwei Pflanzen, die in winzigen Dosen Nervenschäden und Lähmungen verursachen können, verbergen möglicherweise einen Schatz an nützlichen Verbindungen – gegen Schmerzen, Malaria, Krebs und sogar Schädlingsbekämpfung. Forschern ist es endlich gelungen, einen Teil ihrer potenten Chemie im Labor nachzubilden, was zu nachhaltigeren Behandlungen auf Basis natürlicher Produkte führen könnte.

Die Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Molecular Plant, konzentrierte sich auf Eisenhut und Rittersporn, wobei Wissenschaftler der Michigan State University und der Tschechischen Akademie der Wissenschaften ihre Kräfte bündelten. Diese Pflanzen werden seit Tausenden von Jahren in der Medizin verwendet, so Garret Miller, Co-Erstautor und jetzt Assistenzprofessor an der University of Michigan-Flint. „Wir wissen, dass sie auf vielfältige Weise mit unserem Körper interagieren, und das Verständnis, wie man sie herstellt, kann völlig neue Testwege eröffnen“, sagte er.

Pflanzen sind die ultimativen Chemiker, sagt Björn Hamberger, Inhaber des James K. Billman Lehrstuhls an der MSU. „Pflanzen sind die besten Chemiker, sie verbessern ihr Arsenal an natürlichen Verbindungen über Millionen von Jahren, um zu überleben.“ Zu ihren Werken gehören Koffein, Capsaicin, Menthol und Vanillin – ganz zu schweigen von vielen modernen Medikamenten, die entweder direkt von Pflanzen stammen oder von ihnen inspiriert sind.

Das Hamberger-Labor konzentriert sich auf diese spezialisierten Metaboliten und richtete seine Aufmerksamkeit kürzlich auf den Rittersporn (auch Delphinium genannt wegen seiner delphinförmigen Blüten). Ziel war es zu verstehen, wie die Pflanze Diterpen-Alkaloide produziert – eine Gruppe von Chemikalien, die hochgiftig sind, aber medizinische Vorteile haben könnten. Dies bereitet Wissenschaftlern seit Jahrzehnten Kopfzerbrechen, da diese Verbindungen äußerst komplex sind und Merkmale zweier der ältesten und größten Gruppen von Pflanzenchemikalien kombinieren. Aconitin, ein bekanntes Mitglied dieser Familie, wurde vor fast 200 Jahren isoliert, aber niemand hat es erfolgreich im Labor synthetisiert.

Fortschritte erzielte man durch ein unerwartetes Treffen auf einer Konferenz in Barcelona, wo Hamberger Forscher aus dem Labor von Tomáš Pluskal an der Tschechischen Akademie der Wissenschaften traf, die dieselben Alkaloide im Eisenhut (auch als Mönchskappe bekannt) untersuchten. Wie Hamberger es ausdrückte: „Wenn das passiert, können wir entweder getrennte Wege gehen oder zusammenkommen, und es ist das Zusammenkommen, das immer zur besten Wissenschaft führt.“

Das Team begab sich dann auf eine molekulare Schnitzeljagd, untersuchte mehrere Arten beider Pflanzen und verfolgte Tausende von Genen, um diejenigen zu finden, die im richtigen Gewebe zur richtigen Zeit aktiviert werden. Es ist wie ein Fließband, erklärte Miller: „Wenn man zehn Schritte in einer Reihe braucht, um ein fertiges Produkt zu bauen, und plötzlich einer aufhört, können die nächsten Schritte nicht passieren.“ Sobald der Weg gelöst ist, können sie die genetischen Anweisungen in einen Wirt wie Hefe übertragen und ihn in ein biologisches Produktionssystem verwandeln.

Nach der Identifizierung vielversprechender Gene übertrugen die Forscher sie in Tabakpflanzen, die als lebende Biofabriken dienten. Der modifizierte Tabak baute den Weg erfolgreich zusammen: Sechs Enzyme arbeiteten zusammen, um Atisinium, ein Diterpen-Alkaloid, mit einer unerwarteten Stickstoffzugabe zu produzieren. Dies gibt dem Team einen Ausgangspunkt für die Untersuchung der breiteren Alkaloidfamilie und ihres medizinischen Potenzials.

„Unsere Vision ist es, grüne, nachhaltige Werkzeuge bereitzustellen, die es uns ermöglichen, die natürliche Kraft dieser Pflanzen zu nutzen“, sagte Hamberger.

Material bereitgestellt von der Michigan State University. Hinweis: Der Inhalt kann aus Gründen der Länge und des Stils bearbeitet worden sein.