Pflanzen als Basis für Arzneimittel Wirkstoff vom Feld: Die Chemie der Nachtschattengewächse

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Krebstherapie mit Stechapfel und Physalis? Vielleicht werden aus diesen Nachtschattengewächsen in Zukunft tatsächlich neue Medikamente entwickelt. Denn Forscher der Universitäten Bonn und Hannover haben die Gensequenz entschlüsselt, mit der diese Pflanzen medizinisch interessante Steroide produzieren.

Diese Pflanzen haben Potential: Physalis, Stechapfel und Withania somnifera, die so genannte Schlafbeere, zählen zu den Nachschattengewächsen und nehmen innerhalb dieser Familie nehmen eine besondere Stellung ein. Sie produzieren Steroide, konkret: Withanolide, die in der traditionellen Pflanzenmedizin bereits seit Jahrhunderten zum Einsatz kommen.

Einem Forschungsteam unter Leitung von Prof. Dr. Jakob Franke, Leibniz Universität Hannover (LUH), und Prof. Dr. Boas Pucker, Universität Bonn, ist es nun gelungen, die Entstehung solcher Steroide in diesen Pflanzen zu entschlüsseln. Die Erkenntnisse könnten bei der Entwicklung von neuen Medikamenten, beispielsweise zur Heilung von Krebs, zum Einsatz kommen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft unterstützt das Projekt, das noch bis 2026 läuft, mit rund 511.000 Euro.

Genetisches Geheimnis des Withanolid-Stoffwechsels geknackt

„Pflanzen produzieren oft einen ganzen Cocktail von Wirkstoffen“, sagt Forschungsleiter und LUH-Botaniker Franke. Das sei auch bei den untersuchten Gewächsen nicht anders. Einige wirken entzündungshemmend, andere beruhigend und wieder andere weisen Eigenschaften eines Insektizids auf und können sogar Schädlinge vertreiben. Die Schlafbeere etwa ist unter dem Namen Ashwagandha aus der traditionellen ayurvedischen Medizin bekannt und soll Stress reduzieren und den Schlaf verbessern.

Um die Eigenschaften der Pflanzen irgendwann gezielter für bestimmte Anwendungen nutzen zu können, entschlüsselten die Forschenden mithilfe von Methoden aus der Bioinformatik zunächst die Genomsequenz, um dann Erkenntnisse über den Stoffwechselweg der Pflanze zu gewinnen. „Dafür haben wir die Genomsequenzen von Withanolid-bildenden Arten mit denen anderer Nachtschattengewächse, die keine Withanolide bilden, verglichen“, sagt Frankes Forschungskollege Pucker vom Institut für Zelluläre und Molekulare Botanik an der Universität Bonn. Im Erbgut entdeckten die Forschenden dann einen Bereich, der für die Bildung dieser Stoffe verantwortlich ist.

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Forscher bauen Wirkstoffe mithilfe von Modellorganismen nach

Mit ihren neuen Erkenntnissen bauten die Forschenden die ersten Schritte des Stoffwechselwegs erfolgreich in Modellorganismen nach, in diesem Fall in Bäckerhefe sowie in Nicotiana benthamiana, einer australischen Tabakpflanze, die häufig als Modellpflanze in den Pflanzenwissenschaften genutzt wird. „Ähnlich wie bei einem Legosatz bauen wir Schritt für Schritt aus einfachen Bausteinen komplexe Moleküle nach“, erklärt Franke. „Damit können wir in den Modellorganismen einfache Withanolidverbindungen produzieren.“

Die Erkenntnisse sind ein wichtiger Fortschritt auf dem Weg zur weiteren Verwendung von Nachtschattengewächsen in der Medizin. Sie fließen jetzt in den Projektverlauf ein und sollen die Basis für die vollständige Aufklärung des Stoffwechselwegs der Withanolide bilden.

Originalpublikation: Hakim et al.: Phylogenomics and metabolic engineering reveal a conserved gene cluster in Solanaceae plants for withanolide biosynthesis, Nature Communications, volume 16, Article number: 6367 (2025); DOI: 10.1038/s41467-025-61686-1 Neben den Universitäten Bonn und Hannover waren die TU Braunschweig sowie die Tanta-Universität Ägypten an der Studie beteiligt.

Dieser Beitrag erschien zuerst bei unserer Schwestermarke LABORPRAXIS

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