Über Jahrtausende waren Pflanzen und Pflanzenbestandteile die wichtigste natürliche Ressource für die Behandlung von Krankheiten. Nun eröffnet die moderne Biotechnologie die Möglichkeit, gezielt gentechnisch veränderte Pflanzen (transgene Pflanzen) als „Biofabriken“ zur Herstellung von Arzneistoffen zu verwenden. Dies nennt man häufig auch „Molecular Pharming“, abgeleitet von „pharmaceutical“ und „farming“. Arzneimittelwirkstoffe aus Pflanzen werden deshalb auch PMPs (Plant Made Pharmaceuticals) genannt.

(©  Bayer HealthCare)
Tabakpflanzen werden kopfüber in eine Vakuumkammer gesteckt, die mit einer Bakterienlösung gefüllt ist. Die Bakterien schleusen Gene in die Pflanzen, die so zu medizinischen Wirkstoffproduzenten werden können.


Biopharmazeutika sind große Eiweißmoleküle, die aufgrund ihrer komplexen Struktur in lebenden Zellen produziert werden müssen. Bisher werden hierfür in den meisten Fällen gentechnisch veränderte Bakterien, Hefen oder Säugetierzellen verwendet, deren Anzucht und Vermehrung recht aufwendig ist. Während Bakterien nur relativ einfache Proteine (Eiweiße) herstellen, können tierische Zellen auch komplexe Proteine erzeugen. Dies ist allerdings kostenintensiver und erfordert hohe Investitionen. Und bis zur Auslieferung der ersten Produktionscharge dauert es wegen der langen Vorlaufzeiten für Konzeption, Bau, technische Ausstattung und Abnahme der Produktionsstätte durch die Behörde oftmals mehrere Jahre.

Wissenschaftler haben deshalb in den letzten Jahren zunehmend Pflanzen als eine denkbare Alternative für die Produktion von Biopharmazeutika untersucht. Die Herstellung von Arzneistoffen in Pflanzen könnte folgende Vorteile bieten: Arzneimittelwirkstoffe könnten preiswerter hergestellt, und die Produktion könnte bei Bedarf schneller ausgeweitet werden. Zudem können Pflanzen im Gegensatz zu Mikroorganismen (Bakterien, Hefen) komplexe Proteine inklusive korrekter Glykosylierungen (Anhängen von Zuckermolekülen an das Protein) erzeugen.

Wie jede neue Technologie bringt auch die Produktion von Biopharmazeutika in transgenen Pflanzen neue Herausforderungen und Fragen mit sich, die bei der Umsetzung in die Praxis angegangen werden müssen. Diesen stellen sich die forschenden Biotechnologie- und Pharmaunternehmen, wobei sie alle erforderlichen Maßnahmen zum Schutz der öffentlichen Gesundheit und der Umwelt ergreifen. Die Pflanzen müssen beispielsweise unter solchen Bedingungen und Vorsichtsmaßnahmen kultiviert werden, die eine Vermischung von Biopharmazeutika produzierenden Pflanzen mit Nahrungs- und Futterpflanzen ausschließen. Der Anbau sollte deshalb vorzugsweise in Pflanzenzellkulturen, in geschlossenen Gewächshäusern oder anderen Systemen, wie z. B. Containern erfolgen, sofern keine anderen verlässlichen Sicherungssysteme zur Verfügung stehen.

Mittlerweile rechnen Experten zwar nur noch bei optimaler Ausbeute sowie Freilandanbau mit deutlichen Kostenvorteilen. Unabhängig hiervon könnten Pflanzen als Produzenten von Biopharmazeutika Patienten jedoch einen schnelleren und breiteren Zugang zu innovativen Arzneimitteln eröffnen, da die Produktion schneller dem Bedarf anzupassen ist, als dies bei tierischen Zellen möglich ist.

Probleme bereiten derzeit noch die geringe Ausbeute sowie die geringe Stabilität der Eiweiße. Die Frage, welche Pflanze für die Produktion eines bestimmten Wirkstoffs optimal geeignet ist, muss im Einzelfall geprüft werden, da jede Pflanzenart Vor- und Nachteile hat. Neben höheren Pflanzen werden inzwischen auch Moose und Grünalgen intensiv untersucht. Nutzpflanzen haben den Vorteil, dass die Wissenschaftler bereits über ein sehr großes Detailwissen hinsichtlich Genetik der Pflanzen und deren Anbau haben. Darüber hinaus sind gerade diese Pflanzen besonders ertragreich und können somit hohe Ausbeuten erbringen. Bei den bisher erfolgten Freilandversuchen wurden hauptsächlich die Nutzpflanzen Mais und Tabak verwendet, gefolgt von Raps und Soja. Während in den USA vor allem Mais zum Einsatz kam, waren es in Kanada und der EU bevorzugt Pflanzen, die keine Nahrungsmittel liefern – wie beispielsweise Tabak.

Anfang 2006 hat die US-Veterinärbehörde ein erstes aus transgenen Pflanzen gewonnenes Tiermedikament zugelassen: Einen Impfstoff gegen den Erreger der sogenannten atypischen Geflügelpest, das „Newcastle Disease Virus“. Die Herstellung dieses Impfstoffes ist nur durch den Einsatz von Gentechnik möglich, da sich dieses Virus nicht wie sonst bei der Impfstoffherstellung üblich in Hühnereiern vermehren lässt.

Derzeit werden mehr als 15 PMPs für die Anwendung am Menschen in verschiedenen Phasen der klinischen Entwicklung geprüft. Ein forschendes deutsches Pharmaunternehmen stellt beispielsweise einen Patienten-spezifischen Antikörper-Impfstoff zur Behandlung des Non-Hodgkin-Lymphoms – eine bösartige Erkrankung des lymphatischen Systems – in gentechnisch veränderten Tabakpflanzen her, der in Kürze in der klinischen Phase I erprobt werden soll. Hierfür wird der gewünschte genetische Bauplan des Antikörpers mit Hilfe von Agrobakterien in das Innere der Pflanze eingeschleust. Sie wird dazu kopfüber in ein Becken mit der pflanzenspezifischen Bakterienlösung eingetaucht. Durch ein Vakuumverfahren wird die Lösung über die Poren aufgenommen und verteilt sich in den Tabakpflanzenzellen. Dort wird dann vorübergehend der Antikörper produziert, da der Bauplan für den Antikörper nicht fest in das Erbgut der Tabakpflanze übernommen wird. Ein anderes deutsches Biotech-Unternehmen verwendet gentechnisch veränderte Moose zur Herstellung von Biopharmazeutika.

Da die Herstellung von Biopharmazeutika in Pflanzen letztendlich Patienten mit schweren und/oder lebensbedrohlichen Erkrankungen wie zum Beispiel Krebs, Alzheimer oder Diabetes zugute kommen könnte, sind die Forschungsaktivitäten zu dieser neuen Technologie zu begrüßen.