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Biologisch aktive Verbindungen für medizinische und agrochemische Anwendungen auf Pflanzenbasis

Eine neue Strategie zur Entdeckung einer spezifischen Klasse von Pflanzenverbindungen, den sogenannten Triterpenen, verfolgt das Ziel, die Wissenschaft auf verschiedenen Wegen voranzubringen. Neue Erkenntnisse scheinen im Zusammenhang mit der Entwicklung und Kommerzialisierung von Agrochemikalien und Pharmezeutika auf Grundlage dieser Verbindungen recht vielversprechend zu sein.
Biologisch aktive Verbindungen für medizinische und agrochemische Anwendungen auf Pflanzenbasis
Die Wissenschaft ist fortlaufend auf der Suche nach Molekülen mit neuartigen oder besseren pharmazeutischen oder biologischen Aktivitäten und erforscht deshalb niedermolekulare Verbindungen, die aus einer Fülle von synthetischen und natürlichen Quellen stammen. Während Pflanzen eine potenziell reichhaltige Quelle an derartigen Molekülen sind, ist der Pflanzenmetabolismus (aufgrund extremer Diversität und komplexer Chemie) noch weitgehend unerforscht, und somit blieb das vollständige Potenzial der aus Pflanzen hergestellten, niedermolekularen, biologisch aktiven Verbindungen bislang weitgehend ungenutzt.

Vor diesem Hintergrund erarbeitete man im Rahmen des EU-finanzierten Projekts TriForC eine innovative Strategie zur Erschließung von pflanzlichen Triterpenen, die eine der größten Klassen von bioaktiven Pflanzenverbindungen mit einer erstaunlichen Vielfalt an struktureller Diversität und einer ganzen Palette an biologischen Aktivitäten darstellen. „Wir haben eine Pipeline zur Erkundung, nachhaltigen Produktion und kommerziellen Nutzung bekannter und neuartiger hochwertiger Triterpene mit neuen oder außergewöhnlichen biologischen Aktivitäten entwickelt“, erläutert Projektkoordinator Søren Bak.

Fortschritte bei den bioaktiven Triterpenen

Zu den wichtigsten Errungenschaften des Teams zählt die Entdeckung neuer bioaktiver Triterpene für die weitere kommerzielle Entwicklung von Pharmazeutika und Agrochemikalien. „Die mit diesen Entdeckungen im Zusammenhang stehenden Daten sind noch nicht öffentlich und es wurde ein Patent angemeldet“, verrät Bak. TriForC stellte außerdem bei Triterpenen Zusammenhänge zwischen Struktur und Aktivität her, um zu verstehen, warum einige Triterpenoide über eine bestimmte biologische Aktivität verfügen und wie dieses Wissen bei der Entwicklung neuer Medikamente oder Biopestizide für die Landwirtschaft angewandt werden kann.

Außerdem erstellte das Projekt einen genetischen Werkzeugkasten, der die Diversität der Triterpene im Labor wiedergibt. „Wir haben mehr als 100 enzymatisch bereinigte enzymkodierende Gene oder regulatorkodierende Elemente für das Metabolic Engineering von Triterpenen bei Pflanzen, Algen oder Mikroben ermittelt“, erklärt Bak. Die TriForC-Toolbox kam außerdem in Programmen der synthetischen Biologie und kombinatorischen Biochemie zum Einsatz, um die maßgeschneiderte Erzeugung von natürlichen und „für die Natur neuartigen“ Triterpenen zu ermöglichen.

Nützlichkeit der Triterpenoide genauer im Blick

TriForC, das auf die „Triterpene zur Kommerzialisierung“ Bezug nimmt, hat auf diesem Gebiet erfolgreich Brücken zwischen der Grundlagenforschung und den angewandten Wissenschaften geschlagen. Es hat den Wissensstand über den sekundären Stoffwechsel von Pflanzen im Allgemeinen sowie die Synthese und die Vielfalt von Triterpenen verbessert. Überdies stellte TriForC neue Standards für den Einsatz von Pflanzenbioreaktoren und Mikroalgen bei der Bioproduktion von Triterpenoiden auf. Mit der Forschung im Rahmen des Projekts aktualisierte man außerdem gängige Ansichten über Stoffwechselwege bei Pflanzen und darüber, wie diese Wege strukturiert, aktiviert und gesteuert werden, einschließlich der Tatsache, wie sie sich im Lauf der Zeit weiterentwickelt haben.

Die Extrakte von TriForC wurden von den Partnern auf ihr Potenzial hinsichtlich der Medikamentenentwicklung und zum Einsatz in der Landwirtschaft, etwa in Form von Biopestiziden, untersucht. „Wir haben uns auf die Suche nach biologisch aktiven Triterpenoiden mit insektizidem und fungizidem Potenzial für agrochemische Anwendungen sowie auf Medikamentenziele zur Behandlung von Krebs, Entzündungen, Adipositas, Diabetes und HIV-1-Infektion konzentriert“, hebt Bak hervor. „Die meisten Extrakte könnten anderen europäischen Forschern zur Verfügung gestellt werden“, fügt er hinzu.

Interessanterweise ist festzustellen, dass Triterpenoide von den Pflanzen häufig als Abwehrmittel zum Schutz bestimmter Teile der Pflanze vor dem Verzehr oder der Beschädigung durch Insekten, Bakterien oder Pilze gebildet werden. In diesem Kontext haben sie oftmals sehr spezifische und starke biologische Aktivitäten vorzuweisen, von denen viele bereits in chinesischen Kräuterheilmitteln oder natürlichen Ölen ausgenutzt werden. „Aufgrund ihrer hohen strukturellen Vielfalt sind sie dafür bekannt, dass sie für ein breites Spektrum kommerzieller Anwendungen in den Bereichen Landwirtschaft, Lebensmittel, Kosmetik und Pharmazeutika, als Pestizide, Arzneimittel, Behandlungsstoffe, Antimikrobiotika, Krebsmedikamente, Tenside und Konservierungsstoffe geeignet sind“, sagt Bak.

Um die langfristige Kontinuität der Forschungsanstrengungen zu gewährleisten, hat TriForC neben der Schulung der teilnehmenden Forscher eine umfangreiche Fortbildung für den wissenschaftlichen Nachwuchs in Form von Workshops und Mentoring angeboten. Man erreichte außerdem die breitere Öffentlichkeit, und das insbesondere durch die SAW-Trust-Initiative. Es besteht kein Zweifel, dass die Ergebnisse und die Verbreitungsbemühungen dieses Projekts zu wertvollen neuen Anwendungen und Verbindungen über viele Gebiete hinweg beitragen werden.

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Schlüsselwörter

TriForC, Pflanzenstoffwechsel, Triterpene, Triterpenoide, Biopestizide
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