Grundlagenforschung

Nachtschattengewächse als Basis für Arzneimittel

Forschungsteams der Leibniz Universität Hannover und der Universität Bonn haben die Gensequenz zur Bildung von Steroiden entschlüsselt. Die dabei gewonnen Erkenntnisse könnten bei der Entwicklung von neuen Medikamenten, beispielsweise zur Heilung von Krebs, zum Einsatz kommen.

Frau mit weißem Kittel in einem Labor mit Pflanze im Vordergrund. — Nancy Choudhary, Institut für Zelluläre und Molekulare Botanik an der Universität Bonn, bei der Durchführung der Genomsequenzierung der Pflanze Withania somnifera.

Diese Pflanzen haben Potential: Physalis, Stechäpfel und Withania somnifera, die sogenannte Schlafbeere, zählen zu den Nachtschattengewächsen. Innerhalb dieser Familie nehmen die drei eine besondere Stellung ein – sie produzieren Steroide, sogenannte Withanolide, die in der traditionellen Pflanzenmedizin bereits seit Jahrhunderten zum Einsatz kommen. Einem Forschungsteam unter Leitung von Prof. Dr. Jakob Franke, Leibniz Universität Hannover (LUH), und Prof. Dr. Boas Pucker, Universität Bonn, ist es nun gelungen, die Entstehung solcher Steroide in diesen Pflanzen zu entschlüsseln. Die Erkenntnisse könnten bei der Entwicklung von neuen Medikamenten, beispielsweise zur Heilung von Krebs, zum Einsatz kommen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft unterstützt das Projekt, das noch bis 2026 läuft, mit rund 511.000 Euro.

Genomsequenzen entschlüsselt

„Pflanzen produzieren oft einen ganzen Cocktail von Wirkstoffen“, sagt Prof. Jakob Franke, Institut für Botanik an der LUH. Das sei auch bei den untersuchten Gewächsen nicht anders. Einige wirken entzündungshemmend, andere beruhigend und wieder andere weisen Eigenschaften eines Insektizids auf und können sogar Schädlinge vertreiben. Die Schlafbeere etwa ist unter dem Namen Ashwagandha aus der traditionellen ayurvedischen Medizin bekannt und soll Stress reduzieren und den Schlaf verbessern.

Um die Eigenschaften der Pflanzen irgendwann gezielter für bestimmte Anwendungen nutzen zu können, entschlüsselten die Forschenden mit Hilfe von Methoden aus der Bioinformatik zunächst die Genomsequenz, um dann Erkenntnisse über den Stoffwechselweg der Pflanze zu gewinnen. „Dafür haben wir die Genomsequenzen von Withanolid-bildenden Arten mit denen anderer Nachtschattengewächse, die keine Withanolide bilden, verglichen“, sagt Prof. Boas Pucker, Institut für Zelluläre und Molekulare Botanik an der Universität Bonn. Im Erbgut entdeckten die Forschenden dann einen Bereich, der für die Bildung dieser Stoffe verantwortlich ist.

In Modellorganismen einfache Withanolidverbindungen produzieren

Aufbauend auf diesen Grundlagen bauten die Forschenden die ersten Schritte des Stoffwechselwegs erfolgreich in Modellorganismen nach, in diesem Fall in Bäckerhefe sowie in Nicotiana benthamiana, einer australischen Tabakpflanze, die häufig als Modellpflanze in den Pflanzenwissenschaften genutzt wird. „Ähnlich wie bei einem Legosatz bauen wir Schritt für Schritt aus einfachen Bausteinen komplexe Moleküle nach“, erklärt Professor Franke. „Damit können wir in den Modellorganismen einfache Withanolidverbindungen produzieren.“

Die Erkenntnisse bilden einen Meilenstein auf dem Weg zur weiteren Verwendung von Nachtschattengewächsen in der Medizin. Sie fließen jetzt in den Projektverlauf ein und sollen die Basis für die vollständige Aufklärung des Stoffwechselwegs der Withanolide bilden.