Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Antibiotika aus Tabak

01.04.2009
Wissenschaftlern vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam und dem Institut für Medizinische Mikrobiologie, Virologie und Hygiene der Universität Rostock ist es mit einer neuen Strategie gelungen, von Viren geborgte Gene für die Bildung antibiotisch-wirksamer Eiweiße in Pflanzen zu nutzen. (Proceedings of the National Academy of Science, USA, Early Edition, 31. März 2009)

Während Tabak bisher mit den Attributen gesundheitsschädigend und krebserregend verbunden war, gibt es seit einiger Zeit wissenschaftliche Ansätze, Tabakpflanzen zur Produktion hochwirksamer Medikamente zu nutzen.

Solche Ansätze werden unter dem Begriff "Molecular Pharming" oder "Molecular Farming" zusammengefasst und beinhalten die Nutzung von Pflanzen als effizientes biologisches System zur Produktion pharmazeutisch wirksamer Substanzen, wie z.B. Antibiotika. Tabak ist für eine solche Produktion besonders geeignet, da er in kurzer Zeit viel Blattmaterial bildet und keine Nahrungsmittelpflanze darstellt.

Wie in einer früheren Arbeit der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Ralph Bock1 am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie nachgewiesen wurde, können in gentechnisch veränderten Chloroplasten von Tabakpflanzen große Mengen antibiotisch-wirksamer Proteine hergestellt werden. Der Ursprung dieser Proteine liegt in speziellen Viren (Bakteriophagen), die Bakterien befallen, deren Erbgut umprogrammieren, um sich zu vermehren und am Ende das Bakterium auflösen, um freigesetzt zu werden. Die vom Bakteriophagen kodierten Eiweiße, die den Tod des Bakteriums herbeiführen, heißen Lysine.

Um nach der Einschleusung des Bakteriophagengens in den Chloroplasten eine hohe Ausbeute an antibiotisch-wirksamen Proteinen in der Pflanze zu erhalten, muss das Gen zunächst im Laborbakterium Escherichia coli mit molekulargenetischen Methoden für die effiziente Proteinproduktion im Chloroplasten vorbereitet werden. Gleichzeitig muss allerdings verhindert werden, dass das Gen bereits hier, d.h. vor der Übertragung in die Chloroplasten, in Protein übersetzt wird, da sonst das Laborbakterium sofort abgetötet werden würde.

Ralph Bock und seine Mitarbeiter haben eine Methode gefunden, die es ermöglicht, die Gene für die Bildung der Lysine erst im Chloroplasten funktionsfähig werden zu lassen. Diese neu entwickelte Strategie, "Toxin-Shuttle" genannt, beruht auf einem Unterschied beim Ablesen der genetischen Information zwischen Chloroplasten und Bakterien. Im Bakterium werden bestimmte Gensequenzen verwendet (Terminatoren), um das Ende eines Gens anzuzeigen und so den Ablesevorgang (Transkription) an der DNA zu beenden, der zur Bildung einer Boten-RNA (mRNA) führt. Demgegenüber werden diese Terminatoren beim Ablesevorgang in Chloroplasten nicht erkannt, sondern gewissermaßen "überlesen".

Damit die toxischen Genprodukte (antibiotisch-wirkende Proteine) im Bakterium noch nicht gebildet werden können, wurden von den Wissenschaftlern solche Terminatoren eingesetzt, die eine frühzeitige Beendigung des Ablesevorgangs im Bakterium zu bewirken. Da in den Chloroplasten die Information aber vollständig abgelesen wird, kann die Synthese des Lysin-Antibiotikums dort ungehindert ablaufen. Mit einem weiteren molekularen Trick wurden nach dem erfolgreichen Einbringen der neuen Gene in das Genom der Chloroplasten die nun nicht mehr benötigten Terminatoren wieder entfernt, sodass am Ende nur noch die Lysingene als neue genetische Information im Chloroplasten enthalten sind.

"Die Wirksamkeit der in den Chloroplasten produzierten Lysine konnte durch Tests an Bakterienkulturen von Streptococcus pneumoniae, dem Erreger der Lungenentzündung, überzeugend gezeigt werden", erläutert Dr. Bernd Kreikemeyer vom Institut für medizinische Mikrobiologie, Virologie und Hygiene der Universität Rostock die Versuche. Bereits geringe Mengen der Lysine erwiesen sich als hoch wirksam. Der Anteil des Lysins am Gesamtprotein in den Tabakpflanzen betrug bis zu 30 Prozent.

"Die zur therapeutischen Verwendung in Pflanzen gewonnenen antibakteriellen Proteine sind sicherer als Proteine, die direkt aus virusbefallenen Bakterien gewonnen werden. Darüber hinaus muss kein weiterer Reinigungsschritt erfolgen, um die schädlichen bakteriellen Endotoxine zu entfernen", stellt Prof. Ralph Bock die Vorzüge der Antibiotikaproduktion in Pflanzen heraus.

Dank der großen Vielfalt und der hohen Spezialisierung von Bakteriophagen auf bestimmte Bakterien stellen Viren eine nahezu unerschöpfliche Quelle zur Gewinnung neuer antibakterieller Wirkstoffe dar, um der zunehmenden Resistenz von Krankheitserregern gegen herkömmliche Antibiotika entgegen zu wirken.

Im Falle des Tabaks werden mit der gentechnischen Veränderung der Chloroplasten zwei Fliegen mit einer Klappe geschlagen: die Antibiotikaproduktion ist sehr hoch, da jede Pflanzenzelle eine große Anzahl an Chloroplasten besitzt, und die Weitergabe der veränderten Erbinformation erfolgt so gut wie nicht über den Pollen der Pflanze, was die biologische Sicherheit der Pflanzen erhöht, wie die Arbeitsgruppe Bock in einer früheren Veröffentlichung2 nachweisen konnte.

Originalveröffentlichungen:

M. Oey, M. Lohse, Lars B. Scharff, B. Kreikemeyer, R. Bock (2009)
Plastid production of protein antibiotics against pneumonia via a new strategy for high level expression of antimicrobial proteins

Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Early Edition, 31. März 2009

1 M. Oey, M. Lohse, B. Kreikemeyer, R. Bock (2008)
Exhaustion of the chloroplast protein synthesis capacity by massive expression of a highly stable protein antibiotic

The Plant Journal, 57, 436-445

2 S. Ruf, D. Karcher, R. Bock (2007)
Determining the transgene containment level provided by chloroplast transformation

Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 104, 6998-7002

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Prof. Dr. Ralph Bock
Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie, Potsdam
Tel.: +49 331 567-8700
E-Mail: rbock@mpimp-golm.mpg.de
Ursula Ross-Stitt, Pressereferentin
Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie, Potsdam
Tel.: +49 331 567-8310
E-Mail: Ross-Stitt@mpimp-golm.mpg.de

Barbara Abrell | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpimp-golm.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neuer Impfstoff-Kandidat gegen Malaria erfolgreich in erster klinischer Studie untersucht
25.04.2018 | Universitätsklinikum Heidelberg

nachricht Demographie beeinflusst Brutfürsorge bei Regenpfeifern
25.04.2018 | Max-Planck-Institut für Ornithologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neuer Impfstoff-Kandidat gegen Malaria erfolgreich in erster klinischer Studie untersucht

25.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Erkheimer Ökohaus-Pionier eröffnet neues Musterhaus „Heimat 4.0“

25.04.2018 | Architektur Bauwesen

Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

25.04.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics