Im Allgemeinen haben sie keinen besonders guten Ruf: Viele Amöben enthalten Bakterien, die bei Menschen Krankheiten hervorrufen können. Einer Forschergruppe vom Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie in Jena ist nun ein Clou gelungen – sie haben die Amöbe Dictyostelium discoideum dazu gebracht, eine Vorstufe des Cannabis-Wirkstoffs Tetrahydrocannabinol (THC) zu produzieren.  

Amöben sind Einzeller und in der Lage, zahlreiche Naturstoffe herzustellen. Im Falle der Gattung Dictyostelium discoideum – eines Schleimpilzes – sind das verschiedene Polyketide, die für eine ganze Reihe therapeutischer Anwendungen verwendet werden können. Dazu zählt die Cannbinoidvorstufe Olivetolsäure. Das diesbezügliche Wirkprinzip der Einzeller: Sie schließen sich zu größeren Gebilden zusammen, die wie ein Mehrzeller agieren können. 

Reaktivierung von Schleimpilz-Enzymen

Im Rahmen ihrer Forschungen stellte der Jenaer Arbeitskreis zunächst fest, dass die Schleimpilze je nach Versuchsordnung entweder Resveratrol (einen sekundären Pflanzenstoff, dem unter anderem eine antientzündliche Wirkung zugeschrieben wird) oder aber Olivetolsäure produzierten. Der Haken: Die Synthese funktioniert nur, wenn im Nährmedium ein spezieller chemischer Zusatzstoff vorhanden ist. Darüber hinaus fällt die erzeugte Menge marginal aus.  

Im nächsten Schritt entwickelte das Forscherteam eine Möglichkeit, die Schleimpilz-Enzyme mit einem Enzym der Hanfpflanze zu vereinen. Es entsteht ein Hybridkonstrukt, das in das Erbgut von Dictyostelium discoideum eingeschleust wird. In der Folge stellt die Amöbe direkt die benötigte Vorstufe her –  Olivetolsäure wird also ohne weitere Zusätze produziert.

Dictyostelium discoideum fungiert als Produktionsplattform

Im nächsten Schritt will das Forscherteam das Endprodukt THC direkt in den Amöben erzeugen und dazu zwei weitere fehlende Enzyme in den Einzeller einbringen. Ein Patent für die biotechnologische Gewinnung der Pflanzenstoffe wurde bereits angemeldet. Es ist deshalb besonders erfolgversprechend, weil die chemische Gewinnung von THC in Reinform sehr aufwändig, teuer und mit geringem Ertrag verbunden ist. Mikroben dagegen können massenhaft kultiviert werden und so theoretisch in kurzer Zeit große Mengen an THC herstellen. Dabei ist die Produktion nicht abhängig vom Wachstum einer Pflanze oder den klimatischen Verhältnissen. 

 

Originalquelle:  

Reimer C, Kufs JE, Rautschek J, Regestein L, Valiante V, Hillmann F. Engineering the amoeba Dictyostelium discoideum for biosynthesis of a cannabinoid precursor and other polyketides. Nat Biotechnol. 2022 Jan 6. doi: 10.1038/s41587-021-01143-8. Epub ahead of print. PMID: 34992245.