Hefe produziert Schmerzmittel: Der Opium-Pilz

Es ist keine drei Monate her, da meldeten Forscher im Fachblatt „Nature Chemical Biology“, sie hätten Hefezellen einen künstlichen Stoffwechselweg eingebaut, sodass sie aus Zucker Vorläuferstoffe von künstlichen opiatähnlichen Substanzen herstellen, den Opioiden. Gleichzeitig warnte der Politologe Kenneth Oye vom Massachusetts Institute of Technology, dass solche Hefestämme nicht nur für die Pharmaindustrie zur Produktion von Schmerzmitteln und anderen Medikamenten interessant sind, weil sie dann nicht mehr auf den Anbau von Schlafmohn angewiesen ist. Auch Drogenkartelle und „Heimwerker“ könnten die Stämme nutzen, um Drogen wie Heroin herzustellen, sagte Oye.

Er rief dazu auf, die Verbreitung der Stämme strikt zu regulieren und sich mit der Veröffentlichung sensibler Informationen zur Konstruktion der Hefen zurückzuhalten. Nichtsdestotrotz präsentiert die Forschergruppe von Christina Smolke von der Stanford-Universität im Fachblatt „Science“ nun zwei Hefestämme, die Opioide bilden.

Dazu übertrug Smolkes Team biotechnisch 23 Gene aus Pflanzen, Bakterien, Säugetieren und Hefearten in die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae. Diese Gene enthalten Informationen für Enzyme, die in einer Reihe von Stoffwechselschritten aus Zucker Thebain, den Ausgangsstoff für Opioide wie das Schmerzmittel Burprenorphin, und das codeinähnliche Hydrocodon herstellen, ebenfalls ein Schmerz- und Hustenmittel.

Gut zehn Jahre hat es gedauert, bis Smolke den künstlichen Stoffwechselweg zusammengepuzzelt hatte. „Eine der größten Schwierigkeiten war es, ein Enzym zu finden, dass S-Reticulin in R-Reticulin umwandeln kann – die Voraussetzung für die Synthese von Morphinen ist“, sagt Smolke. Außerdem mussten die Gene und Enzyme erst dazu gebracht werden, in dem fremden Hefeorganismus zu funktionieren.

Geringe Ausbeute: Ein Mohn-Bagel enthält mehr Opioide

Um in einem Heimlabor, wie sie Biohacker oder Do-it-yourself-Biologen verwenden, eine Drogenküche aufzuziehen, taugt die synthetische Hefe jedoch nicht. Das hat Smolkes Team eigens getestet. „Wir haben die Hefestämme, die wir in der ,Science‘-Arbeit beschrieben haben, unter Heimlaborbedingungen wachsen lassen“, sagt Smolke. „Sie sind unter diesen Bedingungen nicht in der Lage, Opioide zu produzieren.“ Wenn überhaupt, würden Do-it-yourself-Biologen nur minimale Mengen gewinnen können, meint Smolke. „Man würde mehr von diesen Substanzen bekommen, äße man einen Mohn-Bagel.“ Natürlich sei es möglich, die Ausbeute zu verbessern. Aber dazu sei viel Forschungsarbeit nötig.

Selbst wenn es jemandem gelänge, die jetzt neu entwickelten Hefen in die Finger zu bekommen – wogegen bereits Vorsichtsmaßnahmen eingeleitet seien, wie Smolke versichert, denn jeder Organismus, der eine regulierte Substanz produziere, dürfe nur an zertifizierte Institute weitergegeben werden: „Um eine einzige Dosis des Wirkstoffs zu produzieren, müsste eine Hefe-Kultur von mehreren tausend Litern angesetzt werden“, sagt Smolke. Das dafür nötige Labor passt in keine Garage.

Hoffnung auf eine bessere Versorgung mit Schmerzmitteln

Für Smolke überwiegen die Vorteile. „Eine Hefe-basierte Produktion kann die globale Versorgung mit Schmerzmitteln stabilisieren und die Kosten reduzieren.“ 5,5 Milliarden Menschen hätten weltweit keinen ausreichenden Zugang zu Schmerzmitteln. Außerdem könnten neue, nebenwirkungsärmere Opioidvarianten entwickelt werden. Und die über einjährige Produktion vom Mohnanbau bis zur Umwandlung in Medikamente ließe sich auf wenige Tage reduzieren. Allerdings müsse die Ausbeute noch mindestens 100 000-fach verbessert werden, damit das Verfahren konkurrenzfähig gegenüber der derzeitigen Opiumindustrie ist.

Die Opioid-Hefen werden nicht die letzten synthetischen Mikroben sein, über deren Vor- und Nachteile zu diskutieren sein wird. „Wir wollen die Technologie nutzen, um Hefe auch andere pflanzliche Medikamente produzieren zu lassen“, sagt Smolke und nennt vor allem pflanzliche Alkaloide und Substanzen, die gegen Krebs oder Infektionskrankheiten wirken. Einen Stamm, der Morphin herstellen kann, will die Forscherin jedoch nicht konstruieren. Morphin sei von geringem medizinischen Interesse. Meist werde es in höherwertige Medikamente umgewandelt, sagt Smolke. "Indem wir die Hefen gleich die hochwertigen Stoffe produzieren lassen, wird sowohl der Herstellungsprozess effizienter als auch die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass sie auf illegalen Märkten landen."