Lila Tomaten durch Farbstoff aus der Roten Beete
Genetic Engineering-Methoden zur Erzeugung von Wirkstoffen in eigens dafür entwickelten pflanzlichen Produktionssystemen wird in Zukunft vor allem bei der Herstellung von Medikamenten eine große Rolle spielen
Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB) haben jüngst mit Genetic Engineering-Methoden violette Tomaten hergestellt. Dafür schleusten sie die für die Biosynthese von Betanin benötigten Gene in die Pflanzen ein und aktivierten sie in den reifenden Früchten. Betanin ist ein natürlicher Lebensmittelfarbstoff der Roten Beete, der ursprünglich nicht in Tomaten gebildet wird. Diese Art der Erzeugung von Wirkstoffen in eigens dafür entwickelten pflanzlichen Produktionssystemen wird in Zukunft vor allem bei der Herstellung von Medikamenten eine große Rolle spielen. Bereits jetzt forscht man intensiv an der Produktion von Impfstoffen und Antikörpern in der Pflanze.
Violette Tomaten im Vergleich zu einer nicht veränderten Frucht (Mitte).
Sylvestre Marillonnet, IPB
Das Hauptziel dieser Studie war demnach nicht in erster Linie eine neue Tomatensorte zum Verzehr, sondern vielmehr die Weiterentwicklung der Genetic Engineering-Methoden, die sich mit der Produktion eines gut sichtbaren Farbstoffes sehr viel einfacher analysieren lassen. Denn Pflanzen sind zwar effektive, aber sehr komplizierte Produktionssysteme. Sie verfügen über viele Regulationsmechanismen, die die gesamte Biosynthese der zu produzierenden Substanz mitunter drosseln können. „Diese komplexen Rückkopplungen sind bisher kaum verstanden“, sagt der Leiter der Studie Sylvestre Marillonnet. „Hier bedarf es noch viel Forschungsarbeit“.
Auch im Falle von Betanin musste lange vorgeplant und nachjustiert werden, um die Tomaten zur gewünschten Syntheseleistung zu animieren. So haben die Hallenser Wissenschaftler nicht nur die drei für die Betaninproduktion erforderlichen Biosynthesegene in die Tomatenpflanzen gebracht, sondern zusätzlich noch mehrere genetische Schalter mit denen die eingeschleusten Gene nur in den Früchten und alle gleichzeitig exakt zur Reifezeit aktiviert werden konnten. Dennoch war die Betaninproduktion in den Früchten zunächst gering. Erst durch das Einbringen eines vierten Genes, das für die Bereitstellung eines wichtigen Ausgangsstoffes sorgte, konnte die Biosynthese des Farbstoffes nachhaltig gesteigert werden. So entstanden tief purpurfarbene Tomaten, die sogar mehr Betanin enthalten als Rote Beete.
Die Studie der Hallenser Wissenschaftler liefert zunächst einen wichtigen Erkenntnisgewinn zu gentechnischen Methoden, „dennoch“, führt Marillonnet weiter aus, „wären diese Tomaten auch zum Verzehr geeignet und hätten sogar einen gesundheitsfördernden Effekt“. Denn wie viele Farbstoffe wirkt auch das Betanin stark antioxidativ. Zudem könnten die lila Früchte auch als Quelle des Lebensmittelfarbstoffes Betanin dienen. Erste Versuche Joghurt und Limonade mit Tomaten-Betanin zu färben verliefen vielversprechend.
Am IPB werden neben dem Genetic Engineering – der Stoffproduktion in Pflanzen - alle gängigen Verfahren zur Gewinnung von pflanzlichen Wirkstoffen intensiv erforscht. Dazu gehören sowohl die klassischen organischen Synthesen, als auch die Entwicklung von biotechnologischen Methoden, bei denen man die gewünschten Produkte von Bakterien oder Hefen erzeugen lässt. Auch das noch relativ junge und vielversprechende Verfahren der Biokatalyse wird am Institut bearbeitet. Hier werden die Gene von pflanzlichen Biosyntheseenzymen gentechnisch in Mikroorganismen modifiziert, sodass neue Enzyme mit gewünschten Eigenschaften entstehen. Diese neuen Enzyme nutzt man dann, um im Reagenzglas neue Synthesen von begehrten Produkten zu designen. Die Wahl des Verfahrens hängt von der strukturellen Beschaffenheit der zu produzierenden Substanz ab. Manche der pflanzlichen Wirkstoffe, wie das Morphin und andere Schlafmohnalkaloide, sind so komplex aufgebaut, dass man sie am wirtschaftlichsten noch immer aus der Pflanze selbst gewinnt.
Originalveröffentlichung
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