Einige Forscher des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB) in Halle haben kürzlich mit gentechnischen Methoden lila Tomaten hergestellt. Dazu haben sie die für die Betanin-Biosynthese verantwortlichen Gene in die Pflanze eingebaut und in der reifenden Frucht aktiviert. Tomaten produzieren selbst kein Betanin; der Stoff wird aus der Roten Bete gewonnen und als natürlicher Farbstoff u.a. in Lebensmitteln verwendet. Solche gentechnischen Verfahren zur Herstellung von Substanzen in speziell entwickelten Systemen werden in Zukunft insbesondere bei der Herstellung von Medikamenten eine wichtige Rolle spielen. Die Herstellung von Impfstoffen und Antikörpern aus Pflanzen ist bereits ein sehr aktives Forschungsgebiet.
Das Hauptziel dieser Forschung war daher nicht, eine neue Tomatensorte für den Verzehr zu schaffen, sondern gentechnische Methoden so zu perfektionieren, die durch die Darstellung eines gut sichtbaren Pigments viel einfacher zu detektieren sind. Pflanzen sind sehr effiziente aber auch sehr komplexe Systeme. Sie verfügen über eine Vielzahl von Regulationsmechanismen, die mitunter den gesamten Biosyntheseprozess des herzustellenden Stoffes verlangsamen können. "Diese komplizierten Rückkopplungsmechanismen sind noch immer schwer zu verstehen", erklärt der leitende Forscher Sylvestre Marillonnet. "Hier besteht noch viel Forschungsbedarf."
Auch beim Betanin bedurfte es vieler Schritte und Anpassungen, bis die Pflanzen die gewünschte Syntheseausbeute erzielten. Die Hallenser Forscher haben die drei Gene, die für die Betanin-Biosynthese benötigt werden, in die Tomatenpflanzen eingebaut. Gleichzeitig haben sie auch mehrere genetische Schalter eingebaut, die es ermöglichen, die eingebauten Gene in der Frucht erst zeitgleich während der Reifung zu aktivieren. Dennoch war zunächst die Betanin-Produktion in der Frucht dürftig. Ein höhere Pigmentbiosyntheserate konnte nur durch das Einfügen eines vierten Gens ermöglicht werden, das die Versorgung mit einer wichtigen Vorläufersubstanz sicherstellt. So entstanden die dunkelvioletten Tomaten, die noch mehr Betanin enthalten als Rote Beete.
Die wissenschaftlichen Experimente der Hallenser Forscher lieferten zunächst wichtige neue Erkenntnisse zu gentechnischen Methoden. "Allerdings sind die manipulierten Tomaten auch völlig unbedenklich für den Verzehr und sogar gut für die Gesundheit. Denn Betanin hat wie viele andere Pigmente eine starke antioxidative Wirkung. Die violetten Früchte könnten auch eine Quelle für den Lebensmittelfarbstoff Betanin sein. Die ersten Versuche, Betanin aus Tomaten zum Färben von Joghurts und Limonaden zu verwenden, zeigten bereits vielversprechende Ergebnisse.
Neben der Gentechnik, also der Herstellung von Stoffen in Pflanzen, betreibt das Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB) in Halle umfangreiche Forschungen zu allen gängigen Verfahren zur Gewinnung von Wirkstoffen aus Pflanzen. Dies umfasst sowohl die klassische organische Synthese als auch die Entwicklung biotechnologischer Verfahren zur Herstellung der gewünschten Produkte mit Hilfe von Bakterien oder Hefe. Auch an der relativ jungen, aber vielversprechenden Methode der Biokatalyse wird am Institut geforscht. Bei diesem Verfahren werden die Gene der pflanzlichen enzymatischen Biosynthese gentechnisch so verändert, um neue Enzyme mit den gewünschten Eigenschaften zu erzeugen. Mit diesen neuen Enzymen werden dann neue Verfahren zur Synthese der gewünschten Produkte im Reagenzglas entwickelt. Das gewählte Verfahren hängt von den strukturellen Eigenschaften der herzustellenden Substanz ab. Einige Pflanzenstoffe wie Morphin und andere Opiate haben eine so komplexe Struktur, dass es oft billiger und wirtschaftlicher ist, diese direkt aus der Pflanze selbst zu extrahieren.
Für mehr Informationen:
Dr. Sylvestre Marillonnet
Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie
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Foto : © Sylvestre Marillonnet, IPB