Bierhefe verwandelt Zucker in Schmerzmittel

flüssige Hefekulturen
Nach mehr als zehn Jahren intensiver Forschung ist es endlich gelungen, aus flüssigen Hefekulturen Rohopium herzustellen © Fotolia

Opium ist eine wichtige Grundlage für die Produktion von Schmerzmitteln. Und bis heute wird das weltweit in großen Mengen benötigte Rohopium aus den unreifen Kapseln des Schlafmohns gewonnen. Das Problem dabei: Die Mohnpflanze lässt sich hierzulande kaum industriell anbauen. Die Lösung: Bierhefe. Erfahren Sie hier alle Fakten.

Rohopium wird in der Pharmaindustrie für die Herstellung von Schmerzmittelwirkstoffen – wie beispielsweise Morphin, Hydrocodon oder Oxycodon – verwendet. Versuche, den Stoff durch alternative – z.B. chemisch-synthetische – Verfahren herzustellen, scheiterten bisher.

Nun zeigen Forscher der Universität Stanford in einer aktuellen Studie einen neuen Weg der Wirkstoffgewinnung. Durch die genetische Veränderung gelang es dem Team um Professor Christina Smolke, die mikrobielle Struktur von Bierhefe so zu verändern, dass sie Zucker in Rohopium umwandelt.

 

Die Ablösung des Schlafmohns

Der entscheidende Durchbruch gelang den Forschern, indem sie Hefezellen genetisch veränderten. Im Labor ergänzten sie die mikrobielle Struktur der Bierhefe um mehrere Enzyme, die in den Kapseln des Schlafmohns natürlich vorkommen und dort maßgeblich für die Produktion von Rohopium verantwortlich sind. Die hinzugefügte stoffliche Verbindung – ein „Vor-Opiat“, das dem in der Mohnpflanze natürlich produzierten Thebain ähnelt–, stellt die üblichen biochemischen Prozesse in den Hefeorganismen genau so um, dass ihre neue mikrobielle Struktur Rohopium erzeugt.

 

Chemische Gebrauchsanweisung in Hefe-DNA eingefügt

Nach Aussagen der Forscher ist diese – aus verschiedenen Enzymen bestehende – Verbindung für die Zellen der Bierhefe so etwas wie eine chemische Gebrauchsanweisung zur Herstellung von Rohopium aus Zucker.

Auch wenn das Verfahren grundsätzlich funktionierte, drohte der Plan von Professor Christina Smolke zu scheitern. Der Grund: Die genmanipulierten Mikroorganismen der Hefe produzierten bei der Umwandlung des Zuckers noch zu viele chemische Nebenprodukte, wodurch die Menge des gewonnenen Rohopiums (0,2 Milligramm pro 1.000 Milliliter biochemisch veränderter Hefekultur) zu gering war.

 

Gewollte Reaktionspause in der Hefezelle

Nach weiteren Analyseschritten modifizierten die Forscher die Mikroorganismen schließlich erneut, sodass nach einer gewollten Reaktionspause in den Hefezellen die Zuckerumwandlung gebremst wurde und sie – genau wie im Schlafmohn ­– nun das Enzym Codeinon als Zwischenprodukt herstellte. Durch diese Verfahrensoptimierung gelang es den Forschern aus Stanford schließlich, 131 Milligramm Opioide pro Liter Hefekultur zu gewinnen.

 

Revolution der Schmerzmittelforschung

Das neue Verfahren zeigt damit nicht nur, dass es möglich ist, Rohopium auch außerhalb der Schlafmohnpflanzen zu erzeugen, sondern auch in Mengen, die für die pharmazeutische Massenherstellung von Medikamenten ausreichend sind.

Für die Herstellung von Opium ist das neue Verfahren von Professor Christina Smolke eine Revolution. Da die Hefeorganismen – wie bei der Bierproduktion – in großen Kesseln modifiziert werden könnten, seien die weltweit enormen Anbauflächen für Schlafmohn in Zukunft nicht mehr nötig – und könnten für andere Kulturpflanzen verwendet werden. Zudem wäre die Opiumproduktion dadurch nicht länger von Ernteerträgen abhängig.

Hamburg, 25. August 2014

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