Wenn Tabak Leben rettet

Forscher in Würzburg stellen mit genetisch modifizierten Tabakpflanzen Impfstoff her

Der Forschergruppe aus Würzburg ist es gelungen, genetisch modifizierten Tabak zur Produktion eines Impfstoffs für die Infektionskrankheit Borreliose herzustellen. Der Traum ist, eines Tages durch bloßes Essen von Früchten Impfungen durchzuführen. Doch auch heute schon gibt es einen ganzen Industriezweig zur Herstellung fremder Proteine durch transgene Pflanzen. Dabei bestehen natürlich die mit Gentechnik einhergehenden Risiken.

Tabak kommt meistens aufgrund seiner gesundheitsschädlichen Wirkung in die Medien. Erst kürzlich berichtete das Deutsche Krebsforschungszentrum von mehr als 3.300 jährlichen Todesfällen allein durch die Folgen des Passivrauchens in Deutschland. Heribert Warzecha und seine Kollegen am Lehrstuhl für pharmazeutische Biologie der Universität Würzburg haben nun aber gezeigt, wie man aus genetisch modifizierten Tabakpflanzen einen Impfstoff für die durch Zeckenstiche übertragene Borreliose gewinnt.

Bei dem aufwändigen Verfahren der Genmodifikation wurde die DNA auf winzige Goldkugeln aufgetragen, mit denen man die Pflanzen regelrecht bombardierte. Mit geringer Wahrscheinlichkeit treffen diese Kügelchen auf Zellen. Die Forscher hatten es jedoch auf die noch kleineren Chloroplasten abgesehen, die in den Pflanzenzellen enthalten sind und der Photosynthese dienen. Der Grund hierfür liegt in der größeren Ausbeute: Wenn man die zahlreichen Chloroplasten durch die neue DNA modifiziert anstatt die größeren Zellkerne, dann produziert die Pflanze ein vielfaches des gewünschten Wirkstoffes.

Die insgesamt zweijährige Versuchsarbeit der Forscher hat sich nun aber gelohnt, denn die so genetisch veränderten Pflanzen lassen sich durch Züchtung beliebig vermehren, ohne dass ihre Abkömmlinge die gewünschte Eigenschaft verlieren. Der besondere Clou des Experiments ist aber, dass die modifizierten Chloroplasten nicht nur das Protein produzieren, das als Impfstoff wirkt, sondern auch die dafür notwendigen Fettsäuren, ohne die der Stoff seine Wirkung verlieren würde. Bisher sei es die gängige Lehrmeinung gewesen, meint Warzecha, nur mithilfe von Bakterien diese notwendige Änderung erreichen zu können. Mit ihrem erfolgreichen Versuch haben die Forscher nun aber gezeigt, dass auch Pflanzen dazu in der Lage sind.

Der Impfstoff gegen die Borreliose, die schlimmstenfalls Gewebe und Organe im ganzen Körper schädigen kann, ist jedoch noch nicht für Menschen zugelassen. Daher schickte Warzecha den aus den Tabakblättern gewonnenen Stoff zu seinem Kollegen Markus Simon am Max-Planck-Institut für Immunbiologie in Freiburg. Hier wurde sowohl der neue als auch der auf herkömmlichem Weg mithilfe von Bakterien hergestellte Impfstoff zwei verschiedenen Gruppen von Mäusen unter die Haut gespritzt. Schon nach einigen Tagen hatten beide Gruppen genug Antikörper entwickelt, um gegen eine Infektion durch Borreliose-Erreger immun zu sein. Allerdings bildeten die Mäuse, denen der aus den Pflanzen gewonnene Impfstoff verabreicht worden war, weniger Antikörper als die der Vergleichsgruppe. Warzecha erklärt diesen Unterschied durch die geringere Ausbeute des neuen Verfahrens, das erst noch optimiert werden müsse.

Heribert Warzecha inspiziert einen seiner genmodifizierten Sprösslinge. Da sie noch jung sind, müssen sie unter sterilen Bedingungen aufwachsen. Foto: Robert Emmerich

Pflanzen als Medikamentenfabriken

Der Gedanke, Pflanzen durch genetische Modifikation zum Medikamentslieferanten zu machen, ist nicht neu. Schon 1986 wurde von Wissenschaftlern an der Universität Wien in transgenen Tabakpflanzen menschliches Wachstumshormon hergestellt. 1989 konnten Forscher am Institut für Molekularbiologie in La Jolla, Kalifornien, zum ersten Mal Antikörper aus Pflanzen gewinnen und 1992 gelang es einer Gruppe um Charles Arntzen von der Texas University in Houston sogar, einen experimentellen Impfstoff gegen das Hepatitis B Virus zu herzustellen.

Inzwischen ist ein ganzer Industriezweig dafür entstanden, aus transgenen Pflanzen industriell genutzte Enzyme, Milchproteine zur Nahrungsergänzung sowie Proteine für die Forschung und klinische Anwendung herzustellen. Zum Beispiel kann mit Pflanzen Albumin synthetisiert werden, ein im Blut enthaltenes Protein, für das jährlich eine geschätzte Nachfrage von mehr als 500 Tonnen besteht. Eine ganze Blutspende lasse sich jedoch vorerst nicht auf pflanzlicher Basis herstellen. Dafür sei das Blut einfach zu komplex, so Warzecha.

Die Gründe, warum bei den Wissenschaftlern transgene Pflanzen so beliebt sind, sind deren sehr niedrige Kosten und das große Potential für eine Produktionssteigerung durch agrarwirtschaftliche Methoden. Insbesondere geht man bei ihnen aber nicht das bei Zellkulturen von Säugetieren und genetisch modifizierten Tieren vorhandene Risiko ein, bei der Herstellung der Wirkstoffe Krankheiten zu übertragen. "Bis heute ist kein Erreger bekannt, der von der Pflanze auf den Menschen übertragbar ist," begründet Heribert Warzecha diese Vorliebe für Pflanzen.

Auch wenn Forscher für viele ihrer Versuche Tabakpflanzen verwenden, sind sie nicht darauf beschränkt. Auch Mais, Sonnenblumen, Steckrüben, Reis, Sojabohnen, Kartoffeln und Tomaten wurden durch genetische Modifikation bereits dazu gebracht, andere als ihre eigenen, so genannte heterologische Proteine herzustellen.

Süßkartoffeln statt bittere Pillen

Die eigentliche Vision der Wissenschaftler ist es daher, irgendwann einmal Impfungen nicht mehr mit der grausamen Nadel, sondern schmackhaften Früchten durchzuführen. Oder ihren Patienten Süßkartoffeln statt bittere Pillen zu servieren. In einigen der klinischen Versuche sind Menschen tatsächlich schon modifizierte Kartoffeln gegeben worden, welche den gewünschten Wirkstoff enthielten.

Solche klinischen Erfahrungen hat man zum Beispiel mit Avicidin der Firmen NeoRx und Monsanto gesammelt. Dieser Wirkstoff war der erste an Menschen verabreichte in transgenen Pflanzen hergestellte Antikörper und zeigte in Phase II Studien Erfolge in der Krebstherapie. Das Mittel wurde jedoch aufgrund von Durchfall und anderen Nebenwirkungen von den Herstellern zurückgezogen. Die Hürde der Phase II geschafft hat hingegen CaroRx, ein Antikörper mit dem man das Bakterium Streptococcus mutans bekämpfen kann, das Karies verursacht. Die erste Phase hinter sich gebracht hat kürzlich 38C13 der Firma Large Scale Biology. In Mäusen reduziert dieser Wirkstoff die Wahrscheinlichkeit, an einer bestimmten Krebsart zu sterben.

Nahe liegend ist hier auch der Gedanke an zukünftiges Designer-Obst, das mit wichtigen Mitteln zur Nahrungsergänzung angereichert ist. Vitaminpillen könnten damit der Vergangenheit angehören. Auch spezielle Gemüse für bestimmte Ernährungsgruppen, wie etwa Sportler, Vegetarier oder Schwangere, ist vorstellbar. Im Hinblick auf Tabakpflanzen drängt sich natürlich die Frage auf, ob man sich eines Tages auch durch Rauchen wird impfen können. "Rauchen können Sie die Blätter schon. Helfen wird Ihnen das aber nicht", antwortet Warzecha lachend. Die Proteine würden die Verbrennung nicht überstehen. Als nächster Punkt steht für die Forschergruppe deshalb auf dem Programm, den Nikotingehalt der Blätter zu senken, so dass man sie schließlich zur Impfung an die Mäuse verfüttern könnte.

Ein Problem mit den Tabakblättern und Früchten zumindest für den Masseneinsatz ist jedoch, dass in ihnen die Proteine nur in instabiler Form vorliegen. Um den Wirkstoff zu erhalten, müsste man sie daher für den Transport einfrieren, trocknen oder gleich auf der Farm verarbeiten. Diese Schwierigkeiten hätte man mit Getreide und Hülsenfrüchten nicht. In ihnen können die Antikörper mindestens drei Jahre lang bei Zimmertemperatur gelagert werden, wie eine Gruppe um Rainer Fischer, Molekularbiologe an der TH Aachen, 2000 gezeigt hat. Eine noch elegantere Form an die begehrten Wirkstoffe zu kommen wäre es, die natürliche Sekretion der Pflanzen zu benutzen. Bei der so genannten Rhizosekretion geben sie nämlich über ihre Wurzeln bestimmte Proteine an die umliegende Erde ab. Der Vorteil hierbei ist, dass man die Pflanzen nicht erst ernten muss, um an die Substanzen zu gelangen.

Risiken der genetischen Manipulation

Doch wo genetisch manipuliert wird, da bestehen allen realistischen oder fantasievollen Möglichkeiten zum Trotz auch besondere Risiken. Durch die Verbreitung von Pollen könnten die Gene etwa auf andere Pflanzen übertragen werden. Oder genetisch modifiziertes Saatgut könnte sich mit unmodifizierten Samen vermischen und so in den natürlichen Nahrungskreislauf Einzug halten. Ganz ausschließen lässt sich auch nicht die Möglichkeit eines horizontalen Gentransfers, bei dem die modifizierten Gene etwa auf Bakterien übertragen würden.

Allerdings ist die Praxisrelevanz dieser Gefahr unter Fachleuten umstritten. Bisher ist noch kein Fall eines horizontalen Gentransfers festgestellt werden und unter Laborbedingungen haben es die Forscher um Pascal Simonet an der Universität Lyon nur mit großer Mühe geschafft, einen solchen zu provozieren. Das täuscht natürlich nicht darüber hinweg, dass Genversuche nur unter hohen Sicherheitsauflagen durchgeführt werden dürfen, um ein ungewolltes Übertragen der Gene zu verhindern. Solche Sicherheitsvorkehrungen könnten aber auch zum Knackpunkt der Anwendung genetisch modifizierter Pflanzen im großen Maßstab werden. Denn der bereits erwähnte große Kostenvorteil gegenüber anderen Methoden wird mit zunehmendem Aufwand für die Herstellung geringer.

Am Beispiel aufwändig abgesicherter Gewächshäuser wird dieses Problem am deutlichsten Klar. Hier sind neben dem größeren Kostenaufwand auch der Produktionssteigerung platzbedingt Grenzen gesetzt. Solche praktischen Überlegungen sind für Wissenschaftler wie Heribert Warzecha jedoch nebensächlich. Für seine Forschungsarbeit im Labor gebe es strenge gesetzliche Auflagen, an die sich gehalten werde. "In meiner Arbeit hat mich die Gesetzgebung nicht behindert," zieht er aber ohne zu zögern Resümee. Zumindest für seine Gruppe kann von einem forschungsfeindlichen Standpunkt Deutschland also nicht die Rede sein.

Eine Frage von ethischer Natur, die sich strikte Gegner von genetischer Modifikation derweil stellen können, ist ob sie Medikamente benutzen würden, die auf diesem Weg hergestellt sind? Und was wäre dann, wenn das eigene Überleben oder das der Kinder vielleicht davon abhinge? Man bedenke dabei, dass etwa die religiöse Gemeinschaft der Zeugen Jehovas früher Organtransplantationen und heute immer noch Bluttransfusion als nicht von Gott gewollt ablehnt – auch dann, wenn es um Leben und Tod geht.

http://www.heise.de/tp/artikel/21/21862/1.html