BMBF-Förderung: Forscher lassen Bakterien hochwertige Pflanzenprodukte herstellen
Inhaltsstoffe von Pflanzen, die sich von Ferulasäure ableiten, können eine
gesundheitsfördernde Wirkung haben oder als Ausgangssubstanz für
Geschmacksstoffe dienen. Forscher der Martin-Luther-Universität Halle-
Wittenberg (MLU) und des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB)
haben einen Weg gefunden, diese Stoffe einfach und günstig von
Mikroorganismen produzieren zu lassen. Das Bundesministerium für Bildung
und Forschung (BMBF) stellt für ein neues Projekt 1,5 Millionen Euro zur
Verfügung, um das Verfahren weiter zu verbessern. Am Fraunhofer-Zentrum
für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP wird der Herstellungsprozess
parallel für den industriellen Maßstab optimiert.
In der traditionellen russischen Medizin wird Rosenwurz-Extrakt schon seit
langem genutzt, um Konzentration und Gedächtnisleistung zu verbessern. Und
tatsächlich konnten einige Studien die positive Wirkung bestätigen und
schließlich auch den Wirkstoff identifizieren: Eine Ferulasäure-
Verbindung. „Laut einer Studie, an der das IPB beteiligt war, wird die
Lernleistung von Fruchtfliegen dadurch um 24 Prozent gesteigert“, so Prof.
Dr. Markus Pietzsch vom Institut für Pharmazie der MLU, der das neue BMBF-
Projekt leitet. „Es handelt sich also nicht nur um eine gefühlte Wirkung.“
Zudem ist Ferulasäure Ausgangsstoff für Aromastoffe wie Vanillin und das
typische Weizenbieraroma.
„Die Säure kommt in unterschiedlicher Form in sehr vielen verschiedenen
Pflanzen vor“, so Prof. Dr. Ludger Wessjohann, Abteilungsleiter für Natur-
und Wirkstoffchemie am IPB und Professor an der MLU. Bisher gestaltet sich
die Produktion des vielversprechenden Naturstoffs jedoch aufwendig. Er
wird mithilfe von Lösungsmitteln und Hitze aus Produktionsrückständen von
Mais, Weizen oder Reis extrahiert.
Einfacher und kostengünstiger wäre es, Ferulasäure biotechnologisch
mithilfe von Mikroorganismen herzustellen. Um herauszufinden, welche
Stoffwechselprozesse für die Synthese der Ferulasäure in Pflanzen von
Bedeutung sind, kooperiert Pietzsch schon seit Jahren mit dem IPB in
Halle. Gemeinsam mit Wessjohann ist es ihm gelungen, die Enzyme zu
isolieren, die für die Produktion von Ferulasäure wichtig sind. Auch ein
Prozess zur Herstellung wurde bereits entwickelt. Dafür wurden E. coli-
Bakterien so verändert, dass sie die gleichen Enzyme produzieren und so
auch die Säure herstellen können.
Im Rahmen des BMBF-Projekts dient Ferulasäure als Ausgangssubstanz für
zwei verschiedene Zielprodukte: gesundheitsfördernde Substanzen und
Geschmacksstoffe. „Es gibt antimikrobielle und neuroprotektive
Verbindungen, die sich von Ferulasäure ableiten“, so Pietzsch. Außerdem
sollen sogenannte bittermaskierende Stoffe nach einem Verfahren des IPB
produziert werden, die Lebensmitteln zugesetzt werden können.
Ist der Produktionsprozess an der MLU so weit optimiert, dass die
Zielprodukte im Labormaßstab hergestellt werden können, gibt Pietzsch an
seine ehemalige Doktorandin Dr.-Ing. Katja Patzsch am Fraunhofer CBP in
Leuna ab. Sie ist Expertin dafür, biotechnologische Prozesse zu optimieren
und zu skalieren. Das CBP verfügt über Fermentationsanlagen, die bis zu
10.000 Liter fassen. „Das ist die Vorstufe für die industrielle
Produktion“, erklärt Patzsch.
Die Optimierung der Ferulasäure-Produktion wird vom BMBF für drei Jahre
gefördert. Die Nachfrage nach dem Naturstoff ist groß. Er bildet die
Grundlage für biotechnologische Verfahren zur Herstellung von Vanillin und
wird in Asien bereits Lebensmitteln zugesetzt und sogar als Gewürz
verwendet. Aufgrund seiner antimikrobiellen Eigenschaften ist der
Pflanzenstoff zudem nicht nur in der Medizin, sondern auch in der
Kosmetikindustrie gefragt.
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