Wochenrückblick KW 03
Mit Lichtblitzen kostengünstig zum Malaria-Medikament
Der effektivste Wirkstoff gegen Malaria, Artemisinin, lässt sich durch einen fotochemischen Trick in einer kostengünstigen Apparatur in großer Menge herstellen. 
Forscher um Peter Seeberger vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam und der Freien Universität Berlin haben eine sehr einfache Synthese von Artemisinin entwickelt und berichten in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Angewandte Chemie (2012, Online-Vorabveröffentlichung) über das Verfahren.
Bisher konnte Artemisinin nur aus dem vor allem in China und Vietnam wachsenden Einjährigen Beifuß, lateinisch Artemisia annua, gewonnen werden. Dieses Verfahren ist aber sehr aufwendig und kostspielig. Als Ausgangsstoff verwenden die Berliner Chemiker Artemisininsäure – eine Substanz, die bei der Isolierung von Artemisinin aus dem Einjährigen Beifuß als bislang ungenutztes Nebenprodukt anfällt, und zwar in der zehnfachen Menge des Wirkstoffs. Zudem lässt sich Artemisininsäure leicht in gentechnisch veränderter Hefe erzeugen, weil sie eine viel einfachere Struktur besitzt als Artemisinin. Seeberger beschreibt den Trick im Labor: „Wir verwandeln die Artemisininsäure in einem einzigen Schritt in Artemisinin“, so Max-Planck-Forscher Peter Seeberger bei der Vorstellung seines Systems. Dazu bestrahlen die Forscher
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die Artemisininsäure mit UV-Licht, dadurch wird Sauerstoff in dem Molekül in einen reaktiven Zustand versetzt, am Ende entsteht hierbei das begehrte Anti-Malaria-Mittel. Die Apparatur, die Chemiker konstruiert haben, ist vergleichsweise simpel: Um eine Lichtquelle haben sie einen transparenten Teflonschlauch gewickelt, durch den die Ausgangssubstanz und der Sauerstoff geleitet werden. „Die Fotochemie stellt ein einfaches und preiswertes Mittel dar, die Pharmaindustrie nutzt sie bislang aber nicht, weil sie sich so schlecht kontrollieren und kaum in großem Maßstab betreiben ließ“, erklärt Peter Seeberger.
Das Verfahren ermöglicht es, künftig die 225 Millionen an Malaria erkrankten Menschen in Entwicklungsländern mit bezahlbaren Medikamenten zu versorgen. Das momentan gebräuchliche Kombinationspräparat zwar effektiv, aber aufgrund des hohen Artemisininpreises für Millionen von Infizierten nicht erschwinglich. Jährlich sterben mehr als eine Million Menschen an der Krankheit, weil sie keine wirkungsvollen Medikamente erhalten. Zuckerchemiker Seeberger arbeitet schon lange an einem Impfstoff gegen Malaria, der auf Zuckerrezeptoren basiert (mehr...).
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Die wichtigsten Nachrichten aus der Biotech-Branche
- Genom der Zuckerrübe entziffert
- Hunde helfen Genetikern bei Erforschung einer Hautkrankheit
- Deutsch-brasilianisches Pflanzenforschungslabor in Jülich
- Enzym schützt Zellen bei Sauerstoffmangel im Gehirn
- Dank Tumorgenom zur Impfung gegen Krebs
Genom der Zuckerrübe entziffert
Pflanzenforscher aus Bielefeld und Berlin haben das komplette Genom der Zuckerrübe entziffert und analysiert.
Das Bundesforschungsministeriums hat die Wissenschaftler des Zentrums für Biotechnologie (CeBiTec) der Universität Bielefeld und des Max-Planck-Instituts für molekulare Genetik in Berlin dazu in den vergangenen zehn Jahren mit drei Millionen Euro unterstützt. Die Genom-Analyse der Forscher ist in der Fachzeitschrift The Plant Journal (2012, Online-Veröffentlichung) veröffentlicht.
Die Forscher bezeichnen das Zuckerrübengenom als besonders interessant, weil die Rüben nur wenig Ähnlichkeit mit Pflanzen wie Ackerschmalwand oder Kartoffel aufweisen, deren Genom bereits seit längerem bekannt ist. Das Genom der Zuckerrübe umfasst neun Chromosomen und eine Gesamtlänge von 758 Millionen Basenpaaren, das ist knapp ein Drittel der Größe des menschlichen Genoms. Besonders für Pflanzenzüchter ist die entschlüsselte Erbinformation wertvoll, auf ihrer Basis können interessante Merkmale im Genom schneller aufgespürt und im Verlauf des Züchtungsprozesses miteinander kombiniert werden.
„Die Entschlüsselung ermöglicht eine beschleunigte und zielgerichtete Zucht leistungsfähiger, robuster und ertragreicherer Zuckerrübensorten“, sagte Bundesforschungsministerin Annette Schavan. „Diese sind im Idealfall krankheitsresistent und unempfindlich gegenüber Klimaeinflüssen wie Hitze und Trockenheit.“
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Wochenrückblick: BASF und KWS Saat züchten neue Zuckerrüben Förderbeispiel: Das Zuckerrüben-Dilemma auflösen Wirtschaft: BASF gibt grüne Gentechnik in Europa auf |
Zuckerrüben werden für Tierfutter, seit einigen Jahren auch zunehmend als nachwachsende Basis für Bioethanol und Biogas genutzt. Auch die chemisch-technische Industrie benötigt große Mengen an Zucker, durch den Ausbau des biotechnologischen Sektors hat sich der Bedarf in den vergangenen Jahren verfünffacht. Ein Drittel des weltweit benötigten Zuckers wird über Zuckerrüben gedeckt, in der EU zählt Deutschland zu den Hauptproduzenten.
Das Saatgutunternehmen KWS ist derzeit dabei, mit Hilfe von gentechnischen Methoden eine ertragsreichere und trockenheitsresistente Zuckerrübensorte zu entwickeln (mehr...). „Roundup Ready“ soll in diesem Jahr in ersten Freisetzungversuchen getestet werden (mehr...).
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Hunde helfen Genetikern bei Erforschung einer Hautkrankheit
Durch Genanalysen bei Hunden sind Biomediziner des Universitätsklinikums Freiburg auf die molekularen Ursachen einer Hauterkrankung beim Menschen gestoßen.
Die Humangenetiker haben eine Genvarianten entschlüsselt, die an der Entstehung einer Ichthyose beteiligt sind. Ichthyosen – vom griechischen Wort für Fisch – sind genetisch bedingte Verhornungen der Haut.
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Äußerlich sichtbar sind sie vor allem durch vermehrte Schuppenbildung und eine Verhärtung der obersten Hautschicht, Patienten sind oft berührungsempfindlich, infektionsanfällig und überhitzen schneller, da die Hautatmung beeinträchtigt ist. An der untersuchten Form, der autosomal rezessiven Ichthyose, erkranken aber auch häufig Hunde wie der Jack-Russel-Terrier und der Norfolk-Terrier, bei denen die Mutationen durch intensive Züchtung weiter gegeben werden. Diese Hunderassen halfen den Freiburger Forschern auch, der Genmutation auf die Spur zu kommen.
Bisher hatte die Arbeitsgruppe die Ichthyose-Gene zunächst beim Menschen entschlüsselt, und später beim Hund nachgewiesen. Wie die Forscher im Fachjournal Nature Genetics (2012, Online-Vorabveröffentlichung) berichten, schlugen sie diesmal den umgekehrten Weg ein. „Wir identifizierten zunächst Mutationen in einem für autosomal rezessive Ichthyosen bisher unbekannten Gen (PNPLA1) beim Golden Retriever und bewiesen daraufhin, dass bei Menschen, die an der gleichen Erkrankung leiden, Mutationen im gleichen Gen die Ursache sind. Wir haben nun 85 Prozent der genetischen Ursachen der Erkrankung identifiziert“, erklärt die Humangenetikerin und verspricht: „Und den restlichen Genen sind wir auf der Spur.“
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- Deutsch-brasilianisches Pflanzenforschungslabor in Jülich
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Deutsch-brasilianisches Pflanzenforschungslabor in Jülich
Die brasilianische Agrarforschungsgesellschaft EMBRAPA baut ein Labor auf dem Gelände des Forschungszentrums Jülich.
Wie das Forschungszentrum Jülich bekannt gab, wurden am 20. Januar zum Start der „Grünen Woche“ in Berlin die Verträge unterzeichnet. Im Labor LABEX werden Projekte zur Bioökonomie und der Pflanzenphänotypisierung gestartet.
Die Einrichtung soll als Plattform für Kooperationsprodukte brasilianischer Forscher mit deutschen Einrichtungen fungieren, und ist ein Ergebnis des brasilianisch-deutschen Wissenschaftsjahres 2010/2011. Schwerpunkt der gemeinsamen Forschung sollen Pflanze-Umwelt-Interaktionen und deren Nutzung in der Pflanzenzüchtung, die Anpassung von Nutzpflanzen an den Klimawandel und die Nutzung von Ressourcen in Agrarökosystemen sein. Die in der Hauptstadt Brasilia sitzende Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuaria (EMBRAPA) ist an das brasilianische Landwirtschaftsministerium angegliedert und mit über 8300 Mitarbeitern die größte Forschungseinrichtung für Grüne Gentechnik im Land.
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„Deutschland und Brasilien bündeln ihre Kräfte, um die Herausforderungen von morgen zu bewältigen und zu einer nachhaltigen Versorgung der Weltbevölkerung mit Lebensmitteln, nachwachsenden Rohstoffen und Bioenergie beizutragen“, begrüßt Bundesforschungsministerin Annette Schavan die Zusammenarbeit. Brasilien gilt als junger, aber schnell wachsender Markt in der Grünen Gentechnik. Besonders im Export von gv-Soja und bei der Produktion von Bioethanol boomt das Land am Amazonas. Der aus Zuckerrohr gewonnene Treibstoff ist nach Öl dort inzwischen die zweitwichtigste Energiequelle. Der größte zusammenhängende Regenwald bietet eine Artenvielfalt, die ihresgleichen sucht – Brasilien ist ein Paradies für die Lebenswissenschaften. Die noch junge Industrie ist jedoch, anders als in Deutschland, stark von staatlichen Fördermitteln abhängig. In Deutschland hingegen wird es nach dem angekündigten Abzug der Pflanzenbiotechnologie von BASF (mehr...) vorerst keinen Anbau von gv-Pflanzen geben. BASF hatte den Schritt unter anderem mit der gentechnikfeindlichen Stimmung in Deutschland begründet und angekündigt, sich stärker auf die Wachstumsmärkte unter anderem in Brasilien zu konzentrieren. Mit der Kooperation hofft Bundesforschungsministerin Schavan auch, die Agrarforschung innerhalb der Nationalen Forschungsstrategie Bioökonomie zu stärken.
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Enzym schützt Zellen bei Sauerstoffmangel im Gehirn
Ein internationales Forscherteam mit Berliner Beteiligung hat einen Weg gefunden, der bei Sauerstoffmangel im Gehirn dem Absterben von Nervenzellen vorbeugt.
Wie die Forscher der Berliner Charité und der kanadischen McMaster Universität in der Fachzeitschrift PNAS (2012, Online-Vorabveröffentlichung) beschreiben, aktiviert Sauerstoffmangel ein Enzym aus dem Zuckerstoffwechsel, die Hexokinase II (HKII).
Als Teil des Zuckerstoffwechsels macht es Traubenzuckermoleküle für die Zelle nutzbar. Schon länger ist bekannt, dass bei Sauerstoffmangel auch der Zuckerstoffwechsel beeinflusst wird. Der Zuckerstoffwechsel und das programmierte Zelltod wurden bisher jedoch als voneinander getrennte Abläufe betrachtet. Die Forschergruppe um Philipp Mergenthaler und Andreas Meisel haben nun einen Zusammenhang gefunden. Bei Sauerstoffmangel, beispielsweise durch einen Schlaganfall, wird HKII aktiviert und übernimmt eine schützende Funktion. „Dieser Selbstschutz der Nervenzelle stellt eine wichtige Grundlage für weitere Forschungen dar, aus der beispielsweise eine optimierte Schlaganfalltherapie entwickelt werden könnte“, so Meisel.
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Die molekularen Mechanismen des Sauerstoffmangels und ein veränderter Zellstoffwechsel spielen jedoch nicht nur beim Schlaganfall eine Rolle, sondern sind unter anderem auch für die Tumorentstehung und die Abwehr von Infektionen durch das Immunsystem von großer Bedeutung. HKII kann aber auch den Zelltod verursachen, wenn bei normalem Sauerstoffangebot ein Glukosemangel in der Zelle herrscht. Dem kann man jedoch vorbeugen: Den Forschern zufolge kann man durch kurzfristigen Sauerstoffentzug den Schutzmechanismus etwas trainieren. Dafür reicht es schon, ab und zu Sport zu treiben.
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Dank Tumorgenom zur Impfung gegen Krebs
Mainzer Immunforscher haben einen Weg gefunden, auf dem sich auf Patienten zugeschnittene Krebs-Impfstoffe herstellen lassen könnten.
Ihre Ergebnisse präsentieren die Wissenschaftler um Ugur Sahin vom Institut für Translationale Onkologie der Universitätsklinik Mainz und der BioNTech AG in der Fachzeitschrift Cancer Research (2012, Online-Vorabveröffentlichung). Die Forscher nutzten die kompletten Genominformation von Tumorgewebe, um in der Erbsubstanz krebsspezifische Punktmutationen zu identifizieren. Nach dieser Vorlage wurden Eiweißfragmente als Antigene synthetisiert, die als Impfstoff eingesetzt werden. Wie bei jeder anderen Impfung lösen dabei bereits kleinste Mengen der injizierten Antigene eine Immunantwort aus – nach Angaben der Forscher reicht ein einziges mutiertes Zielmolekül. Im Mausmodell hemmte eine so ausgelöste Immunantwort das Wachstum des Tumors. „Unsere Daten zeigen, dass etwa 30 Prozent der für die Impfung ausgewählten Sequenzen zu einem Wachstum der Lymphozyten geführt haben“, sagte Projektmitarbeiter Sebastian Kreiter.
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Studienleiter Sahin sieht einen weiteren Vorteil in dem Verfahren: „Mehrere Mutationen anzugreifen, könnte der Schlüssel sein, um ein zentrales Problem der Krebstherapie zu lösen: die genetische und zelluläre Heterogenität eines Tumors“, sagt er. Er will die Forschungsergebnisse möglichst schnell in eine klinische Studie überführen. Die Vorzeichen sind günstig: Vergangene Woche wurde das Rhein-Main-Netzwerk „CI-3 – Cluster für individualisierte ImmunIntervention“ zu den Gewinnern des Spitzencluster-Wettbewerb des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gekürt (mehr...). Die Mainzer überzeugten mit einer hochrelevanten Fragestellung aber auch einer klaren Strategie, privaten Investoren und einem professionellen Management. Bis 2017 werden sie vom BMBF insgesamt 40 Millionen Euro erhalten, dazu kommen noch einmal 40 Millionen Euro von den Unternehmen, die in das regionale Netzwerk CI3 eingebunden sind.
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