Cannabinoide aus Amöben13. Januar 2022 Die einzellige Amöbe Dictyostelium discoideum kann sich zu einem vielzelligen Verband zusammenschließen und Fruchtkörper ausbilden, die Sporen produzieren. (Foto: © Falk Hillmann/Leibniz-HKI) Ein Forschungsteam des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans Knöll-Institut in Jena (Leibniz-HKI) hat eine neue Methode entwickelt, um komplexe Naturstoffe in Amöben zu produzieren. Dazu gehören unter anderem verschiedene Antibiotika aber auch Olivetolsäure, eine Vorstufe von Tetrahydrocannabinol (THC). Polyketide sind Naturstoffe mit einer Vielzahl therapeutischer Anwendungsmöglichkeiten. Unter ihnen sind Nahrungsergänzungsmittel, verschiedene Antibiotika wie beispielsweise Erythromycin sowie eine der zentralen Cannabinoidvorstufen: Olivetolsäure. Sie wird für die Synthese von Tetrahydrocannabinol (THC) benötigt. Der medizinische Einsatz dieser psychoaktiven Substanz wird derzeit intensiv erforscht. „THC in Reinform zu isolieren ist sehr aufwendig“, sagt Falk Hillmann, Leiter der Nachwuchsgruppe „Evolution mikrobieller Interaktionen“ am Leibniz-HKI und einer der Studienleiter. Auch die chemische Synthese von THC sei teuer, die Ausbeute gering. Deswegen erforscht er mit einem Team, wie solche Pflanzenstoffe biotechnologisch effizient hergestellt werden können. „Bisher werden dafür meist Bakterien wie Escherichia coli oder die Hefe Saccharomyces cerevisiae verwendet, die selbst keine Naturstoffproduzenten sind“, erklärt Vito Valiante, Leiter der kooperierenden Nachwuchsgruppe „Biobricks mikrobieller Naturstoffsynthesen“ am Leibniz-HKI. Entsprechend seien sehr viele gentechnische Änderungen nötig, um die Synthese in diesen klassischen Modellorganismen möglich zu machen. Das Forschungsteam suchte deswegen nach Alternativen. Ein vielversprechender Kandidat ist die Amöbe Dictyostelium discoideum, die selbst zahlreiche biosynthetische Gene zur Produktion von Naturstoffen wie Polyketiden besitzt. „Bei näherer Betrachtung der Gene ist uns aufgefallen, dass einige eine hohe Ähnlichkeit zu pflanzlichen Biosynthesegenen aufweisen“, erklärt Erstautorin Christin Reimer, die sich in ihrer Doktorarbeit mit dem Thema beschäftigt. Um zu testen, wie gut sich D. discoideum als biotechnologische Produktionsplattform eignet, ließen die Forschenden die Amöbe zunächst das Nahrungsergänzungsmittel Resveratrol produzieren, ebenfalls ein Polyketid. Anschließend bauten sie das pflanzliche Enzym zur Produktion der THC-Vorstufe Olivetolsäure in das Genom der Amöbe ein. Allerdings war der Zusatz chemischer Vorstufen nötig, um die Synthese zu ermöglichen. Um das zu umgehen, machten sich die Forschenden die natürlichen Eigenschaften der Amöbe zunutze und kombinierten das pflanzliche Enzym mit einem Enzym der Amöbe. „Die Amöbe ist in der Lage, direkt vor Ort die benötigte Vorstufe, eine Hexan-Einheit, herzustellen“, erklärt Hillmann. So gelang es dem Forschungsteam schließlich, ein funktionales Hybrid-Enzym herzustellen, das ohne weitere Zusätze Olivetolsäure herstellt. „Durch unsere Forschung haben wir gezeigt, dass die Amöbe Dictyostelium als biotechnologische Produktionsplattform für Polyketid-basierte Naturstoffe genutzt werden kann“, so Reimer. Das Verfahren wurde bereits zum Patent angemeldet und wird laufend weiter verbessert. „Unser nächstes Ziel ist es jetzt, die beiden noch fehlenden Enzyme einzufügen, um das Endprodukt THC in den Amöben herstellen zu können“, erklärt Hillmann.
Mehr erfahren zu: "SMA: Verdacht auf Tumorbildung durch Gentherapie" SMA: Verdacht auf Tumorbildung durch Gentherapie Das Pharmaunternehmen Novartis hat neun Tumorfälle gemeldet, die bei Kindern nach einer Behandlung mit Onasemnogen-Abeparvovec auftraten. In zwei Fällen gibt es eindeutige Hinweise auf einen Zusammenhang mit der Gentherapie, die […]
Mehr erfahren zu: "Höhere Lecithin-Aufnahme mit geringerem Risiko für leichte kognitive Beeinträchtigungen assoziiert" Höhere Lecithin-Aufnahme mit geringerem Risiko für leichte kognitive Beeinträchtigungen assoziiert Eine höhere Aufnahme von Lecithin über die Nahrung könnte mit einem geringeren Risiko für leichte kognitive Beeinträchtigungen (Mild Cognitive Impairment, MCI) im höheren Lebensalter zusammenhängen. Darauf deutet eine Querschnittsstudie mit […]
Mehr erfahren zu: "Hirntumoren „kommunizieren“ mit Nervenzellen: DGN-Wissenschaftspreis 2026 für Dr. Varun Venkataramani" Hirntumoren „kommunizieren“ mit Nervenzellen: DGN-Wissenschaftspreis 2026 für Dr. Varun Venkataramani Bösartige Hirntumoren können sich mit Nervenzellen verbinden und deren Signale für ihr Wachstum und ihre Ausbreitung nutzen. Für seine wegweisende Forschung zu diesen Wechselwirkungen und möglichen therapeutischen Ansätzen erhielt Dr. […]