Gewinnung von pharmakologisch relevanten Triterpenen aus pflanzlichen Zellkulturen am Beispiel von Olenanol- und Ursolsäure

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Bley; Professor Dr. Ekkehard Neuhaus; Professor Dr. Roland Ulber
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 160197849

Die Stoffgruppe der Triterpene rückt vermehrt in den Fokus pharmazeutischer Untersuchungen. So betrug der Weltmarkt für Wirkstoffe aus Pflanzen im Jahr 2002 rund 30.7 Mrd. US$, wobei die Substanzklasse der Terpene den dominierenden Anteil und die höchsten jährlichen Wachstumsraten hat. Die Triterpene werden in der Regel aus verschiedenen Pflanzenmaterialien isoliert und gegebenenfalls für pharmazeutische Anwendungen chemisch modifiziert. Durch dieses Vorgehen ergeben sich mehrere Nachteile. So unterliegt die Rohstoffversorgung starken Schwankungen in Qualität und Quantität, da der Anbau von Medizinalpflanzen von der Witterung abhängig ist. Bei der chemischen Modifikation entsteht eine Vielzahl von unerwünschten Nebenprodukten, die aufwändig vom eigentlichen Produkt abgetrennt werden müssen bzw. sind einige erwünschte Modifikationen auf chemischem Wege nur sehr schwer oder gar nicht zugänglich. Im beantragten Projekt soll daher untersucht werden, inwieweit über pflanzliche Zellkulturen (Salbei und Ginseng) Triterpene in ausreichender Quantität und Qualität unter reproduzierbaren Bedingungen hergestellt werden können. Analysen der DNA Profile mittels Flow Cytometry sollen die Auswahl der Zelllinien begleiten. Es soll untersucht werden, ob durch die Transformation der Pflanzenzellen zu in 3 vitro Kulturen Veränderungen auftreten und ob diese gegebenenfalls Ruckschlüsse über Wachstumsraten, Ausbeuten und/oder Morphologie der Kulturen zulassen. Biparametrische Zellzyklusanalysen von Kultivierungsprozessen sollen Aufschluss über die Heterogenität der Zellekulturen und damit verbundene Änderungen der Wachstumsraten geben. Weiterhin soll untersucht werden, ob die Ergebnisse dieser Analysen mit Veränderungen der Metabolitkonzentrationen bzw. -profile korrelieren. Mit Hilfe molekulargenetischer Ansätze soll die Kohlenhydrataufnahmekapazität und deren zellinterne Verteilung in transgenen Salbeizellinien optimiert und damit die Triterpenausbeute zusätzlich gesteigert werden. Gegenstand des Projektes sind weiterhin Untersuchungen zur Modifikationen der Triterpene über Biotransformationen mit Ganzzellsystemen und mit isolierten Enzymen. Das Vorhaben fokussiert dabei auf die beiden Triterpene Olenaol- und Ursolsäure, da diese mit zu den wirksamsten Vertretern dieser Substanzklasse zu zählen sind. Sie verfügen über eine Vielzahl von pharmakologischen Wirkungen. Zielstellung ist Etablierung eines Gesamtprozesses, der die Schritte Kultivierung und Produktbildung sowie die Aufarbeitung und die Biotransformation der Triterpene in einer biotechnologischen Miniplant-Anlage vereint. Anhand der hierbei erzielten Prozessdaten soll eine Modellierung des Gesamtprozesses am Beispiel der Fermentation einer Salbeizelllinie mit anschließender Veresterung durch Norcardia NL5646 erfolgen. Mit Hilfe des Prozessmodells soll die Maßstabsübertragung der einzelnen Prozessparameter und damit ein entsprechendes Up-Scaling ermöglicht werden. Die Effektivitätssteigerung durch den Einsatz transgener Zellinien wird dabei eingehend untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen