Forschung aktuell 26.05.2020

Tolle Idee! Was wurde daraus?Impfstoffe im ObstVon Claudia Doyle

Beitrag hören Der Biochemiker Prof. Henry Daniell hat Nahrungspflanzen genetisch so verändert, dass sie medizinische Wirkstoffe produzieren. (Henry Daniell, University of Pennsylvania)Der Biochemiker Prof. Henry Daniell hat Nahrungspflanzen genetisch so verändert, dass sie medizinische Wirkstoffe produzieren. (Henry Daniell, University of Pennsylvania)

Vor 20 Jahren hatten Wissenschaftler eine Idee, die so simpel wie genial klang. Sie schlugen vor, essbare Pflanzen gentechnisch so zu verändern, dass sie Arzneimittel produzieren. Ihre Vision, statt einer Impfung könnte es künftig genügen, ein Stück Obst zu essen, wird bald Wirklichkeit.

Wer sich gegen eine Krankheit impfen lassen will, der könne bald einfach zum Obstteller greifen, anstatt sich eine Spritze geben zu lassen. So oder so ähnlich klangen Anfang der 2000er Jahre viele Medienberichte über essbare Früchte, die Impfstoffe oder andere Arzneimittel produzieren sollen. Besonders die Banane wurde als "Impfbanane" zum Symbolbild dieser innovativen Idee. Sie sollte viele Probleme auf einmal lösen. Die hohen Medikamentenpreise senken, die schwierig einzuhaltenden Kühlketten überflüssig machen, Versorgungsengpässe lindern. Doch jetzt, 20 Jahre später, gibt es sie noch immer nicht. Wieso eigentlich? Das ist eine Frage, die auch Heribert Warzecha schon seit einigen Jahren umtreibt.

"Das lag vielleicht auch ein bisschen an der naiven Idee, dass man ein wahrscheinlich verschreibungspflichtiges Arzneimittel vom Baum pflücken kann", sagt der Professor für Pflanzenbiotechnologie an der TU Darmstadt.

Die richtige Dosierung ist eine Herausforderung 

"Die Leute, die sich damals mit der Idee zum ersten Mal beschäftigten, haben nicht wirklich bedacht, dass es ja ein Arzneimittel ist, das einer bestimmten Dosierung unterliegen muss, dessen Qualität gewährleistet werden muss. Und das ist etwas, das wir auch von den Lebensmitteln, die wir haben kennen, dass das von Faktoren abhängig sein kann wie Wetter, Sonneneinstrahlung, und dementsprechend nicht so einfach zu verwenden ist."

Die Dosis ist also das Problem. Es ist einfach unmöglich vorherzusagen, wie viel von einem Medikament eine bestimmte Pflanze in ihren Zellen anreichern wird. Davon abgesehen eignen sich gentechnisch veränderte Pflanzen jedoch ausgezeichnet für die Produktion von Impfstoffen oder anderen Medikamenten.

"Die Idee ist nicht tot"

"Bei der Pflanze haben wir den Vorteil, dass sie frei von humanen Pathogenen ist - man muss also nicht fürchten dass man Kontaminationen darin hat -, dass man relativ einfach und günstig produzieren kann, weil für eine Pflanze brauche ich keine aufwendige industrielle Installation, einen Fermenter, sterile Bedingungen, sondern man kann, wenn nicht auf dem Feld so doch in einem Gewächshaus, in einem relativ einfachen Setting große Mengen an Biomasse erzeugen. Und die Idee ist nicht tot, das heißt sie ist durchaus noch in der Bearbeitung."

Anstelle von Bananen setzt ein US-Forscher auf Salat

Einer, der diese Idee ganz intensiv verfolgt, ist Henry Daniell von der Universität Pennsylvania. Er hat sich jedoch nicht auf Bananen spezialisiert, sondern auf Salat: "Salat ist grün, das heißt er hat besonders viele Chloroplasten. Das sind die Zellbestandteile, in denen unsere Pflanzen die Impfstoffe oder Medikamente herstellen. Wir haben mehr als zehn Jahre in die Entwicklung dieses Salats gesteckt und inzwischen ist es sehr erfolgreich: Er kann unglaubliche Mengen von Medikamenten herstellen."

Der Salat kommt jedoch nicht frisch vom Gewächshaus auf den Tisch der Patienten. Denn da wäre wieder das Problem mit der richtigen Dosis. Stattdessen werden die Blätter nach der Ernte schonend gefriergetrocknet bis alles Wasser restlos entfernt ist. Am Ende bleibt ein grünes Pulver übrig, dessen Wirkstoffgehalt bestimmt wird, bevor die gewünschte Dosis in Kapseln verpackt wird.

Gefriergetrocknete Salatblätter speichern Wirkstoffe jahrelang 

"Wir haben für viele verschiedene Wirkstoffe gezeigt, dass die gefriergetrockneten Salatblätter bei Raumtemperatur jahrelang gelagert werden können, ohne dass es die Funktion der Wirkstoffe beeinträchtigen würde. Aufwändige Kühlketten während des Transports und bei der Lagerung werden komplett überflüssig."

2589982728_Gefriergetrocknetes Salatpulver.JPG (Henry Daniell, University of Pennsylvania)Dieses gefriergetrocknetes Salatpulver enthält medizinische Wirkstoffe (Henry Daniell, University of Pennsylvania)

Die Wirkstoffe aus den Salatzellen können zudem sehr gut vom Körper aufgenommen werden. Die stabile pflanzliche Zellwand schützt die Arznei zunächst vor der aggressiven Magensäure. Sobald die Salatzellen mit ihrer kostbaren Fracht den Darm erreichen, spalten Mikroorganismen die Zellwand auf und lassen die Wirkstoffe frei, die dann von den Darmzellen aufgenommen werden.

Das Faszinierende an der Methode: Durch Einfügen der passenden Erbgutschnipsel können die Salatblätter quasi jedes gewünschte Protein produzieren. Einige klinische Studien sind bereits sehr weit fortgeschritten. Erdnussallergiker können ihre Allergie vielleicht bald mit Erdnuss-Antigenen vom Salat-Beet behandeln. Die US-amerikanische Arzneimittelbehörde FDA hat bereits grünes Licht gegeben. Proteine für die Behandlung von Lungenhochdruck werden zurzeit an Tieren getestet. Und große Pharmaunternehmen fördern die Forschung zur Behandlung der Bluterkrankheit mit Medikamenten aus Salatblättern.

Auch Insulin für Diabetiker könnte auf dem Acker wachsen

Nur für ein Herzensprojekt hat Henry Daniell noch keine Unterstützung gefunden. Es handelt sich um ein Medikament, das bereits 50 Jahre alt ist - und für viele Menschen unverzichtbar: "Leider haben wir noch keinen Partner für Insulin gefunden, denn das ist ein Medikament, das den Firmen 20 Milliarden Dollar einbringt. Da hat niemand aus der Industrie Interesse daran, eine günstigere Produktionsweise zu entwickeln."

Insulin wird heute in Bakterienzellen produziert, die in riesigen sterilen Fermentern wachsen. 500 bis 900 Millionen Dollar kostet so eine Anlage schätzungsweise. Doch das ist noch der kleinste Teil der Ausgaben. Etwa 80 Prozent der Produktionskosten fallen bei der Aufreinigung des Insulins aus den Bakterienzellen an. In den USA, wo viele Menschen keine Krankenversicherung haben, gab es bereits Todesfälle, weil Diabetiker ihr Insulin nicht bezahlen konnten. Doch Insulin aus Salatblättern wird es in naher Zukunft trotzdem nicht geben. Denn klinische Studien sind teuer und Wissenschaftler wie Henry Daniell sind dafür auf das Geld der großen Pharmafirmen angewiesen.

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