Hefezellen (Saccharomyces cerevisiae) können in der Medizin zur Herstellung von Medikamenten genutzt werden. /Kateryna_Kon, stock.adobe.com

Berkeley – Forschern der University of California ist es gelungen, Hefe so umzuprogrammieren, dass sie die Hauptbestandteile von Marihuana produziert: Tetrahydrocannabinol (THC), nicht psychoaktives Cannabidiol (CBD) sowie neuartige Cannabinoide. Hefe ist eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, reine Cannabinoide zu produzieren, anstatt sie aus den Knospen der Marihuanapflanze zu gewinnen. Die Ergebnisse wurden in Nature (Letters) publiziert (2019; doi: 10.1038/s41586-019-0978-9).

Ergänzter Stoffwechselweg /J. Keasling lab, UC Berkeley

In der Hanfpflanze (Cannabis sativa beziehungsweise Cannabis indica) finden sich mehr als 80 Cannabinoide. Diese weisen die chemische Struktur von Terpen­phenolen auf und kommen exklusiv in der Cannabis­pflanze vor. Bisher gestaltet sich die medizinische Forschung an diesen Substanzen als schwierig. Denn viele Bestandteile kommen in der Pflanze nur in winzigen Mengen vor. Preiswerte, reinere Quellen – wie Hefe (Saccharomyces cerevisiae) – könnten solche Studien erleichtern, schreiben die Studienautoren vom Department of Chemical and Biomolecular Engineering der University of California.

Um Cannabinoide in Hefe zu produzieren, änderten die Biologen den Stoffwechsel. Die Hefe wandelte den Zucker Galaktose nicht mehr in Alkohol um, sondern in die Ausgangsform aller Cannabinoide: CBGA (Cannabigerolsäure). Der native Mevalonatweg wurde durch einen Hexanoyl-CoA-Biosyntheseweg ergänzt. Dann führten die Forscher Cannabisgene ein, die für Enzyme codieren, die an der Biosynthese von Olivetoolsäure (OA) beteiligt sind, sowie einem bisher unentdeckten Prenyltransferase-Enzym (CsPT4) und Cannabinoidsynthasen. Die Synthasen wandelten CBGA in die Cannabinoidsäuren THCA und CBDA um, die bei Wärmeeinwirkung zu THC beziehungsweise CBD decarboxylieren (siehe Grafik).

Die Biologen fügten auch Enzyme hinzu, die die Hefe dazu brachten, 2 weitere natürliche Cannabinoide zu produzieren: CBDV (Cannabidivarin) und THCV (Tetrahydro­cannabivarin). Ihre Wirkung ist noch nicht gut verstanden. Das ergänzte Stoffwechselsystem war auch in der Lage, Fettsäuren zu berarbeiten, die in der herkömmlichen Marihuanapflanze nicht vorkommen. Das Ergebnis waren neue, noch unbekannte Cannabinoide, die ebenfalls einen medizinischen Nutzen haben könnten.

Das Geschäft mit Hefe und Bakterien

Viele anderen Substanzen und Medikamente werden bereits in Hefe produziert. Dazu zählt das menschliche Wachstumshormon Insulin, Blutgerinnungsfaktoren und in letzter Zeit, aber noch nicht auf dem Markt, Morphium und andere Opiate.

Seniorautor Jay Keasling hat bereits eine Firma in einer kalifornischen Kleinstadt gegründet, um Hefe und Bakterien als „grüne“ Drogenfabriken zu nutzen und zu vermarkten. So will er die teuren synthetischen Prozesse der chemischen Industrie umgehen, die auch giftige oder umweltschädliche Nebenprodukte hervorbringen können.

Die Kosten seien wettbewerbsfähig oder sogar besser verglichen mit aus Pflanzen gewonnenen Cannabinoiden. Zudem müssten sich Hersteller keine Sorgen um Verunreinigungen machen (zum Beispiel THC in CBD), die sie high machen würden, bewirbt Keasling die Vorteile seiner neuen Entwicklung. © gie/aerzteblatt.de