Der Wirkstoff Taxol aus der Eibe ist Bestandteil vieler Krebstherapien. Bisher ist die Herstellung aufwändig und umweltschädlich. Ein Münchner Forschungsteam hat mithilfe von Kolibakterien ein neues Produktionsverfahren entwickelt.
Der Wirkstoff Taxol wird aus den Nadeln der Eibe gewonnen und für die Krebstherapie eingesetzt. Bisher ist der Herstellungsprozess jedoch aufwändig und belastet die Umwelt.
RuudMorijn/Thinkstock
Es ist eine Geschichte der Erfolge und Rückschläge. Als Forscher 1962 in einem Wald im US-Bundesstaat Washington Proben der pazifischen Eibe nahmen, konnten sie noch nicht ahnen, dass ein Extrakt aus der Rinde des Baumes das Wachstum von Tumorzellen hemmt. Mehr als 35.000 Pflanzenarten hatten sie gesammelt, um ihre Wirkung gegen Krebszellen zu testen. Und ausgerechnet die hochgiftige Eibe galt fortan als Hoffnungsträger für die Krebstherapie. Doch der Originalstoff war nur unter großem Aufwand zu gewinnen. Zur Behandlung eines einzelnen Patienten benötigte man anfangs noch mehrere Dutzend der unter Naturschutz stehenden Bäume.
Seit seiner Entdeckung sollten noch 30 Jahre vergehen, bis Taxol 1992 erstmals von der US-Gesundheitsbehörde FDA als Medikament gegen Eierstockkrebs zugelassen wurde. Inzwischen ist der Wirkstoff auch in Deutschland längst ein gängiger Bestandteil von Chemotherapien und kommt bei mehreren Krebsarten zum Einsatz. Dennoch ist es bislang trotz zahlreicher Versuche noch nicht gelungen, Taxol auf einfache und umweltschonende Weise im Labor herzustellen. Doch ein Forschungsteam der Technischen Universität München ist der Lösung schon ganz nah. Das Bundesforschungsministerium unterstützt ihre Arbeit.
240 Kilo toxische Abfälle für ein Kilo Wirkstoff
Derzeit wird Taxol aus den Nadeln der europäischen oder chinesischen Eibe gewonnen, die weiter verbreitet sind als die pazifische. Hierfür muss der Naturstoff jedoch über mehrere Stufen hinweg chemisch aufbereitet werden, um den eigentlichen Wirkstoff für die Krebstherapie zu erhalten. „Bei der Herstellung eines Kilos Wirkstoff entstehen 240 Kilo toxische Abfälle. Zudem ist das Verfahren sehr aufwändig“, erklärt Professor Thomas Brück von der TU München, der mit seinem Team ein alternatives Verfahren zur Bereitstellung von Taxol-ähnlichen Substanzen, sogenannten Taxoiden, entwickelt. „Dies ist auch von zentraler Bedeutung, da angesichts der Überalterung unserer Gesellschaft die Krebserkrankungen in den kommenden Jahren deutlich zunehmen und daher immer mehr Wirkstoff benötigt wird.“
Die chemische Struktur und der biologische Syntheseweg von Taxol sind bereits seit Jahrzehnten bekannt. Das Münchner Forschungsteam nutzt diesen Bauplan für die biotechnologische Herstellung des Stoffes. Dabei verwenden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Kolibakterien als Produktionsstämme. Sie bringen Gene der Eibe in die Bakterien ein, mit dem Ziel, Taxoide und strukturverwandte Verbindungen herzustellen. Diese optimierten Bakterienstämme wachsen auf einer Lösung aus verflüssigtem Stroh, was die Nachhaltigkeit des Prozesses erhöht. „Dabei entstehen keine toxischen Abfälle und wir sind nicht mehr vom langsamen Wachstum der Eibe abhängig“, sagt Brück.
Die Doktoranden Katharina Kemper und Max Hirte testen die Produktionseffizienz der genetisch optimierten Kolibakterien.
Norbert Mehlmer/AG Brück
Kolibakterien als Taxoid-Lieferanten
Den Forscherinnen und Forschern ist es bereits gelungen, mithilfe der Kolibakterien einen einfachen Vorläufer von Taxol aber auch andere strukturverwandte Substanzen herzustellen. Ausgehend von diesen Substanzen sollen nach weiteren Modifikationsschritten neue Wirkstoffe entwickelt werden. In naher Zukunft, so hoffen sie, könnte es soweit sein, dass die Bakterien einen fertigen Wirkstoff herstellen. Hierfür setzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nicht nur die Gene der Eibe in die Kolibakterien ein, sondern auch Genelemente anderer Organismen wie Pilze und Korallen. In einer Art Baukastensystem entsteht so ein potenzieller Wirkstofflieferant.
Das Münchner Team will darüber hinaus das Wirkspektrum der bisher bekannten Substanzen erweitern. Sie sollen etwa bei der Therapie von Alzheimer-Erkrankungen zum Einsatz kommen, indem sie die Protein-Ablagerungen in den Gehirnzellen stoppen. Die Forscherinnen und Forscher konnten zudem eine antibiotische Wirkung feststellen, die einen neuen Ansatz bei der Bekämpfung von Infektionskrankheiten bieten könnte. So könnte der einstige Hoffnungsträger gegen Krebs auch zur Wunderwaffe gegen multiresistente Keime werden.
Ansprechpartner:
Prof. Dr. Thomas Brück
Fakultät für Chemie
Technische Universität München
Lichtenbergstraße 4
85748 Garching
brueck@tum.de