Deoxyviolacein: Verfahren kurbelt Produktion an

2. Juni 2015
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Ein neues Verfahren ermöglicht es, Deoxyviolacein in ausreichender Menge herzustellen. Auch weitere Naturstoffe können mit dem biotechnologischen Verfahren synthetisiert werden. So lassen sich neue Erkenntnisse zu deren therapeutischer Nutzung bei Krebserkrankungen ermitteln.

Im Kampf gegen multiresistente Keime oder bösartige Tumore sind oft neuartige Substanzen gefragt. Zum Beispiel die Naturstoffe Deoxyviolacein und Violacein, die in Algen vorkommen. „Studien haben gezeigt, dass sie Tumore abtöten, aber auch Krankheitserreger in Schach halten können“, berichtet Professor Christoph Wittmann vom Institut für Systembiotechnologie an der Universität des Saarlandes. Damit Forscher aber mehr über die exakte Wirkungsweise erfahren, müssten die Substanzen in viel größeren Mengen vorliegen.

Wittmann und sein Team haben nun ein Verfahren entwickelt, in dem sie Deoxyviolacein in großer „Stückzahl“ produzieren. „Wir nutzen dazu Escherichia coli-Bakterien, deren Stoffwechsel wir derart verändern, dass die Mikroorganismen den Naturstoff herstellen“, sagt Wittmann. Als Grundlage dient den Wissenschaftlern dabei die Aminosäure Tryptophan, die bei den Bakterien in natürlicher Form vorkommt und den Mikroorganismen als Ausgangsstoff für die Produktion dient.

Optimale Wachstumsfaktoren sichern „Ernte“

Um den Wirkstoff in größeren Mengen zu erhalten, haben die Forscher zudem dafür gesorgt, dass die kleinen Zellfabriken in idealen Bedingungen wachsen können. „Dabei haben wir beispielsweise Faktoren wie Nährstoffzufuhr, Temperatur und pH-Wert berücksichtigt und untersucht, wie die Parameter eingestellt sein müssen, damit die Mikroorganismen optimal wachsen“, so der Professor.

Haben die Bakterien die Substanz produziert, können die Forscher „ihre Ernte einfahren“: In einem Verfahren trennt das Team um Wittmann den Naturstoff von anderen Zellbestandteilen ab. „Mit der Methode erhalten wir bei einem Liter Bakterienlösung ein Gramm hochreines Deoxyviolacein, das in Form von Kristallen vorliegt“, berichtet Wittmann. Nur durch die Kombination des veränderten Stoffwechsels und der Verbesserung der Wachstumsbedingungen sei diese große Ausbeute möglich, sagt der Biotechnologe weiter.

Industrielle Nutzung denkbar

Die Naturstoffe stehen so in ausreichender Menge für umfangreiche Studien zur Verfügung. Auch Violacein und weitere Naturstoffe können mit dem biotechnologischen Verfahren hergestellt werden, wie der Saarbrücker Professor erläutert: „Tryptophan ist Ausgangsstoff vieler Substanzen, die sich so relativ einfach produzieren lassen.“ Darüber hinaus ist es denkbar, die Methode in größerem Maßstab industriell einzusetzen, falls sich eine therapeutische Wirkung eines Naturstoffes in medizinischen Studien belegen lässt.

Originalpublikationen:

Systems metabolic engineering of Escherichia coli for gram scale production of the antitumor drug deoxyviolacein
André Luis Rodrigues et al.; Biotechnology & Bioengineering, doi: 10.1002/bit.25297; 2014

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Forschung, Onkologie, Pharmazie

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