Erstmals produzieren Pflanzen menschliche IgM-Antikörper

1. April 2014, 11:33
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Forschern gelang es, in Tabakpflanzen nicht nur die komplexe Grundstruktur des Proteins nachzubauen, sondern auch gezielt verschiedene am Antikörper anhaftende Zuckerstrukturen

Wien - Forscher der Universität für Bodenkultur (Boku) Wien konnten erstmals in Pflanzen menschliche IgM-Antikörper produzieren: In Tabakpflanzen. Diese stellen dabei nicht nur die sehr komplexe Grundstruktur des Proteins her. Sie bauen gleichzeitig auch gezielt verschiedene Zuckerstrukturen nach, die am Antikörper anhaften und für dessen Funktion wichtig sind, berichten die Forscher aktuell im Fachjournal "PNAS".

Immunglobulin M (IgM) - eines der komplexesten menschlichen Proteine - ist ein wichtiges Antikörpermolekül bei der Immunantwort auf krank machende Keime. IgM-Antikörper können bereits in Säugetierzellkulturen hergestellt werden, allerdings zu einem hohen Preis und mit einem Nachteil: Im menschlichen Körper hängen an den IgM-Molekülen sehr komplexe und verschiedene Zuckerstrukturen, deren genaue Funktion nicht geklärt ist. In der Zellkultur können diese Zuckerstrukturen nur in einer unspezifischen Mischung produziert werden, erklärte Herta Steinkellner vom Institut für Angewandte Genetik und Zellbiologie der Boku und Leiterin des dort angesiedelten Laura Bassi Exzellenzzentrums "PlantBioP".

Proteinsynthese durch DNA-Fragmente

Um die Funktion der verschiedenen Zuckermoleküle klären zu können, müsste man sie aber in homogener Form vorliegen haben. Genau das ist in den Tabak-Pflanzen möglich: "Wir können die Pflanzen so dirigieren, dass sie IgM-Antikörper mit ganz bestimmten Zuckerstrukturen produzieren", so Steinkellner.

Dafür müssen die Wissenschafter nicht in das Genom der Pflanze eingreifen. Sie nehmen vielmehr eine fertige Pflanze und bringen von Außen die gewünschten DNA-Fragmente in die Blätter ein. Dazu wird die Pflanze in eine Pufferlösung gelegt und ein Vakuum erzeugt. So gelangen DNA-Fragmente in den Zellkern, wo sie als Gen außerhalb des Genoms erkannt werden und die Proteinsynthese-Maschinerie angeworfen wird.

Schnelle Produktion

In zwei parallelen Prozessen werden so die IgM-Moleküle und die - je nach DNA-Fragment entsprechenden - Zuckerstrukturen hergestellt. Nach einer Woche könne bereits geerntet werden, erklärt Steinkellner einen Vorteil dieser Methode. Derzeit produzieren die Pflanzen einen IgM Antikörper gegen ein Krebsantigen (Anticancer-Antigen). Man führe bereits Verhandlungen mit Unternehmen, auch IgMs gegen krankmachende Keime (wie z.B. Lungen-Bakterien) herzustellen.

In den vergangenen Jahren ist es immer wieder gelungen, verschiedene Antikörper in Pflanzen herzustellen. Den Weg zum Patienten haben sie aber noch nicht gefunden. Derzeit laufen einige klinische Studien mit von Pflanzen produzierten Antikörpern (Gammaglobuline), so Steinkellner. Am Markt sei bisher aber nur ein einziges Protein-Therapeutikum mit einem in Pflanzen hergestellten Enzym, das bei der Erbkrankheit Morbus Gaucher fehlt und dadurch den Fettstoffwechsel stört.

Es brauche "sehr viel Energie", ein etabliertes System zu ersetzen, sieht Steinkellner den Grund für die noch mangelnde Produktion von Protein-Therapeutika in Pflanzen in den strengen europäischen Regulatorien. In den USA sei man liberaler, was bedeute, "dass die Europäer die Forschung machen, das Geschäft aber in den USA gemacht wird", so die Wissenschafterin. (APA/red, derStandard.at, 31.3.2014)

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