Gentechnik: Forscher erzeugen Opioide mit Hefezellen

Hefezellen aus einem kalifornischen Labor sind in der Lage, Opioide herzustellen, die zum Beispiel zu Schmerzmitteln verarbeitet werden können. Dies ist das Ergebnis der bislang komplexesten gentechnologischen Umbaumaßnahme, die Wissenschaftler am Genom der Hefe vorgenommen haben. Zehn Jahre Arbeit und 23 zusätzliche Gene - aus fünf verschiedenen Organismen zusammengesucht - waren nötig, um gewöhnliche Bierhefe in die Lage zu versetzen, ein anderes Rauschmittel als Alkohol zu produzieren. Von diesem Erfolg berichte ein Team um Zellbiologin Christina Smolke von der Stanford University aktuell im Fachjournal Science.

Erbanlagen aus drei verschiedenen Mohnpflanzen, aus dem Erbgut der Ratte und einem Bakterium benutzten die Forscher, um Zellen der Bierhefe gentechnologisch so umzuprogrammieren, dass sie Hydrocodon herstellen können. Die Substanz wird als Schmerz- und Hustenmittel eingesetzt. Nur 21 Zusatzgene waren notwendig, damit die Hefezellen Thebain liefern. Dieser Stoff hat zwar selbst keinen medizinischen Nutzen, aus Mohn isoliert bildet er jedoch bislang das Ausgangsmaterial, das Pharmaunternehmen in Opioide für verschiedene Anwendungen umwandeln.

Die Hefe ermöglicht preiswerte Arzneien. Aber man kann damit auch Rauschmittel herstellen

Die Arbeit weckt einerseits Hoffnung auf preiswerte Medikamente. Laut Smolke können sich Milliarden Menschen wirksame Schmerzmittel nicht leisten, weil die Herstellung aus Schlafmohn langwierig und teuer ist. Andererseits scheint es durch das Werk der amerikanischen Gen-Ingenieure nun möglich, starke, illegale Rauschmittel in der heimischen Küche herzustellen, so einfach wie Bierbrauen.

Diese Sorge teilt der Experte für synthetische Biologie Andrew Ellington von der University of Texas nicht. In Science lästert er, die Zellen würden nur verschwindend kleine Mengen liefern. Die Vorstellung, dass dadurch ein noch größeres Problem entstehen könnte, als durch die internationale Rauschmittelindustrie, deren Rohstoff bislang Mohnpflanzen liefern, sei lächerlich. Tatsächlich ist die Ausbeute für den praktischen Gebrauch noch viel zu gering. Man bräuchte derzeit einen 5000-Liter-Fermenter voller Hefezellen, um die Wirkstoffmenge einer Hydrocodon-Tablette herzustellen. Doch Smolke verweist auf die Erfahrungen mit dem Anti-Malaria-Wirkstoff Artemisinin. 2006 hatten es Forscher geschafft, Hefen durch den Einbau von sechs Zusatzgenen dazu zu bringen, einen chemischen Vorläufer dieser Substanz herzustellen. Die Ausbeuten waren anfangs ebenfalls winzig. Heute stammt gut ein Drittel der Artemisinin-Produktion aus dem Bioreaktor, der Rest wird noch immer aus Beifußpflanzen gewonnen.

Verschärfte Sicherheitsvorkehrungen im Labor

Auch Smolke fürchtet, dass die Hefezellen missbraucht werden könnten. Das Experiment sei mit der Universitätsleitung abgesprochen worden und auch die amerikanischen Behörde zur Bekämpfung von Drogen DEA gab ihre Einwilligung. Sämtliche Mitarbeiter des Projekts wurden einer Sicherheitsüberprüfung unterzogen. Die Forscher durften nur mit kleinen Zellmengen arbeiten und auch die geringe Ausbeute kann man als Missbrauchsschutz betrachten. Die Sicherheitsvorkehrungen im Labor waren verschärft worden, die Zellen wurden weggeschlossen, wenn nicht gerade ein Versuch lief.

In einem weiteren Versuch, dessen Ergebnisse Smolke bereits vor der Veröffentlichung in einem Fachjournal auf der Internetplattform biorxiv.org präsentiert, konnte sie zusammen mit zwei Kollegen nachweisen, dass die Hefezellen nur unter streng kontrollierten Laborbedingungen Thebain produzieren. Als sie versuchten, die einzelligen Organismen auch mit normalen Haushaltsgegenständen wie in einer Kleinstbrauerei in einer Küche zu züchten, lieferte die Hefe hingegen keinerlei Opioid-Vorstufen und auch kein Hydrocodon. Selbst optimierte Hefestämmen, die mehr Thebain produzieren als momentan, würden unter Küchenbedingungen nicht funktionieren, sagt Smolke. Auch dies sei ein Schutz vor Missbrauch.

Wie andere Forscher, die in diesem Gebiet arbeiten sieht auch Smolke dringenden Bedarf für neue Regelungen. Ein paar Vorschläge dazu hatten drei Experten für Technikfolgenabschätzung bereits im Mai im Fachblatt Nature gemacht. Sie fordern unter anderem, dass drogenproduzierende Mikroorganismen nur unter staatlicher Aufsicht gezüchtet und gehandelt werden dürfen.