Nachhaltige Produktion bioaktiver Naturstoffe

Die Natur produziert wertvolle Arznei- und Nährstoffe. Die mesiten am Markt befindlichen Medikamente stammen aus der Klasse der Naturstoffe. Diese sind leider meist schwer zugänglich oder ihre industrielle Gewinnung schadet den Organismen, aus denen sie stammen. So enthält die Rinde der pazifischen Eibe (Taxus brevifolia) den Wirkstoff Taxol, der als Medikament gegen Brust-, Eierstock- und Lungenkrebs eingesetzt wird. Die Eibenart ist aber nicht weit verbreitet und streng geschützt. Auch die Arganie, deren Öl aus den Nüssen gerade Bedeutung als Wirkstoff gewinnt, ist sehr selten geworden.

Die für den Menschen wichtigen Omega-3-Fettsäuren, werden derzeit vor allem aus Fischen und Krebstieren hergestellt. Ziel der Arbeitsgruppe um Thomas Brück, Professor für Industrielle Biokatalyse an der Technischen Universität München, ist es, mit Hilfe der Biochemie, Bioinformatik und Biotechnologie chemische Wertstoffe nachhaltig und doch in industriellen Mengen zu gewinnen.

Brück und seinem Team ist es gelungen, die bislang nicht biotechnologisch genutzte Hefe Trichosporon oleaginosus genetisch so zu verändern, dass sie die essentiellen Omega-3-Fettsäuren Alpha-Linolensäure (ALA), Eicosapentaensäure (EPA) sowie entzündungshemmend wirkende konjugierte Linolensäuren (CLAs) herstellt.

Als Energiequelle kann die Hefe dabei fast alle in der Agrarwirtschaft anfallenden Abfällen wie Stroh, Holzspäne, Weizenkleie und sogar bisher ungenutzte marine Reststoffe wie Krabbenschalen verwerten. Geraten die Hefen in der Natur unter Stress, lagern sie Fette als Energiereserve ein. Das in Form von Trigylceriden einlagerte Fett kann bis zu 70 Prozent ihres Trockengewichts erreichen.

Allein durch Simulationen am Computer gelang es erstmals, sämtliche Zwischenschritte der an einem bestimmten Enzym ablaufenden komplexen Kaskade von Reaktionen korrekt vorherzusagen. Auf diese Weise konnten sie aufklären, wie das Enzym genau arbeitet und wie dessen Struktur und Funktion zusammenhängen. Mit klassischen biochemischen Methoden war dies zuvor nicht möglich gewesen.

Originalpublikationen:

dx.doi.org/DOI:10.1073/pnas.1519680113

dx.doi.org/DOI:10.1039/C5GC01767J

dx.doi.org/DOI:10.1186/s12934-016-0487-6

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