2022 07: Taxol aus Zellkultur

Was war die Frage hinter dieser Arbeit? Es gibt geschätzt 1 Million von Stoffen, die nur bei Pflanzen vorkommen. Die meisten werden gebildet, um andere Organismen zu beeinflussen - entweder als Signale oder als Abwehrstoffe - Pflanzen können ja nicht davonlaufen, wenn ihnen die Situation nicht gefällt. Viele dieser Stoffe sind medizinisch wirksam, so auch das Alkaloid Taxol, das sehr wirksam gegen Krebszellen ist und bei der Chemotherapie eine wichtige Rolle spielt. Es wird von der sehr seltenen Pazifischen Eibe gebildet, die inzwischen schon fast ausgestorben ist, weil man für eine Behandlung 30 Bäume bräuchte. Eine Alternative ist die sogenannte Pflanzliche Zellfermentation, die auch von der Firma Phyton in Ahrensburg erfolgreich betrieben wird. Inzwischen können etwa die Hälfte des Weltbedarfs umweltschonend über Eiben-Zellkulturen erzeugt werden. Da die Zellen aber langsam wachsen, dauert ein Produktionszyklus sehr lange und manchmal haben die Zellen keine Lust, Taxol zu produzieren. Daher ging es in einer vom BMBF geförderten Kooperation darum, die zellulären Grundlagen der Taxolbildung zu verstehen.

Wie sind wir die Frage angegangen? Mithilfe moderner mikroskopischer Methoden im Verbund mit chemischer Analytik und Messung von Taxol-Synthesegenen haben wir die von Phyton eingesetzten Eiben-Zellkulturen untersucht und versuchten, die Taxolbildung durch spezifische Wirkstoffe anzuregen oder zu hemmen.

Was kam heraus? Wir entdeckten einen neuen Zelltyp, die wir aufgrund ihrer glänzenden Vacuole als "shiny cells" bezeichneten. Diese waren für die Taxolbildung verantwortlich. Wir konnten zeigen, dass diese Zellen wurmartig verlängerte Mitochondrien, mehr Peroxisomen und gebündelte Actinfilamente aufwiesen, alles frühe Indikatoren für einen anstehenden zellulären Selbstmord. Aus früheren Versuchen wussten wir, dass diese Prozesse durch das Pflanzenhormon Auxin gedämpft und durch Aktivierung der membranständigen NADPH Oxidase Respiratory burst oxidase Homologue (RboH) gefördert wird. In der Tat konnten wir zeigen, dass die Bildung von "shiny cells" durch Auxin reduziert und durch Aluminium (einen Aktivator von RboH) verstärkt wird. Wir kennen nun also einen zellulären Mechanismus, mit dem man die Bildung von Taxol in den Fermentern anregen kann.

Veröffentlichung:

185. Manz C, Raorane ML, Maisch J, Nick P (2022) Switching Cell Fate by the Actin-Auxin Oscillator in Taxus – Cellular Aspects of Plant Cell Fermentation. Plant Cell Rep 41, 2363-2378 - pdf