Molecular Farming

Einsatz von gentechnisch veränderten Pflanzen oder Tieren zur Produktion von Arzneimittelwirkstoffen, nachwachsenden Rohstoffen, Feinchemikalien oder Nahrungsergänzungsmittel.

Der Teilbereich des Molecular Farmings, der sich mit der Produktion von pharmazeutisch oder therapeutisch wirksamen Substanzen wie Antikörpern, Impfstoffen, Blut- und anderen Proteinen beschäftigt, wird auch als „Molecular Pharming“ (griech. pharmakon = Heilmittel) bezeichnet.

In der Regel handelt es sich bei den durch Molecular Farming gewonnenen Stoffen um Substanzen auf Proteinbasis. Für die Produktion der gewünschten Stoffe überträgt man artfremde Erbinformation in Pflanzen oder Tiere. Ziel ist die Nutzung der Pflanze bzw. des Tieres als ein effizientes biologisches Produktionssystem. Im Vergleich zu klassischen biotechnischen Verfahren wie Zellkulturen oder Mikroorganismen können die gewünschten Substanzen in Pflanzen oft häufig schneller, kostengünstiger und in größeren Mengen gewonnen werden.

Pflanzen. Während bei klassischen Heil- und Medizinalpflanzen natürliche Inhaltsstoffe genutzt werden, bilden bei Molecular Farming gentechnisch veränderte (gv-) Pflanzen neue, artfremde Substanzen.

Das erste Medikament, dessen Wirkstoff vollständig in Pflanzenzellen produziert wird, wurde 2012 in den USA zugelassen: In Möhren wird ein Enzym produziert, welches Morbus Gaucher-Patienten fehlt (Elelyso). Die Herstellung erfolgt im geschlossenen System. Es ist inzwischen in Israel, USA, Brasilien und mehreren anderen Ländern zugelassen.

Heute setzt man beim Molecular Farming hauptsächlich auf Tabak (Nicotiana tabacum) und die nahe verwandte Art N. benthamiana. Das Tabakgenom kann relativ leicht verändert werden, die Pflanze bildet viel Biomasse und wächst schnell. Damit können die Pflanzen mehrmals im Jahr beerntet werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass Tabak nicht als Futter- oder Lebensmittel verwendet wird und somit Wirkstoffe in der Pflanze hergestellt werden können, ohne beim Anbau im Freiland Vermischungen mit Lebens- oder Futtermitteln befürchten zu müssen.

Auch an Nutzpflanzen wie Salat, Tomaten, Reis, Kartoffeln oder Mais sowie an Moosen und Algen wird geforscht, um sie als Produktionsplattform für medizinische Wirkstoffe nutzen zu können. Sollte es zu kommerziellen Anwendungen kommen, würden solche Pflanzen in der Regel nicht auf freiem Feld angebaut, sondern in geschlossenen Gewächshäusern.

Neben pharmakologischen Substanzen können auch Stoffe für industrielle Zwecke in Pflanzen produziert werden. Beispiele sind Cyanophycin als nachwachsender Rohstoff für die chemische Industrie und als Nahrung- und Futtermittelzusatz oder Astaxanthin, ein Antioxidans, das in der Lachszucht als Futtermittelzusatz verfüttert wird, um das Fleisch der Tiere rosa zu färben. Bisher wird der Stoff aufwändig und teuer aus einzelligen Meeresalgen gewonnen, die den Farbstoff natürlicherweise produzieren.

Tiere. Auch an der Gewinnung von Arzneimitteln aus gv-Tieren wird intensiv geforscht. Der bevorzugte „Bioreaktor“ ist dabei die Milchdrüse. Doch auch in Hühnerei, Blut, Urin und Sperma können pharmazeutische Wirkstoffe gebildet werden.

Um ausreichende Mengen für die menschliche Versorgung zu produzieren, werden nur wenige bis einige tausend Tiere benötigt. Man erhofft sich, mit transgenen Tieren auch komplexe Stoffe gewinnen zu können, für die sich herkömmliche Verfahren nicht oder kaum eignen.

Seit dem Jahr 2008 ist das erste Medikament aus transgenen Tieren auf dem europäischen Markt: Antithrombin III (ATryn) hemmt die Blutgerinnung und soll Menschen mit einem erblich bedingten Antithrombinmangel in Risikooperationen vor lebensgefährlichen Thrombosen schützen. Es wird aus der Milch von gv-Ziegen isoliert.

Außerdem sind in Europa die Medikamente Ruconest (Conestat alfa), produziert in der Milchdrüse von gv-Kaninchen, sowie Kanuma, gewonnen aus dem Eiklar transgener Hühner, auf dem Markt.

Siehe auch

Antikörper