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Bei Forschungsarbeiten am Institut für Pflanzenernährung in Zusammenarbeit mit dem Institut für Medizinische Virologie der Universität Gießen wurden Karotten gentechnisch so verändert, dass sie selbst einen Impfstoff gegen Hepatitis B bilden. Klinische Tests des Verfahrens stehen allerdings noch aus.
Die akute Hepatitis (Gelbsucht) ist eine schwere Krankheit, die im Extremfall zum Tod durch akutes Leberversagen führt. Haupterreger ist in Deutschland das Hepatitis B-Virus. Ein noch größeres Problem ist jedoch die chronische Infektion. Weltweit sind etwa 350 Millionen Menschen chronisch mit dem Hepatitis B-Virus infiziert. Häufige Spätfolgen der Infektion sind Leberzirrhose und Leberkrebs. Daher sterben mehr als eine Million Menschen pro Jahr weltweit durch dieses Virus.
Die Therapie der Infektion wirkt auf Dauer nur bei etwa 40 % der Patienten, sie ist teuer und anfällig für Resistenzbildung. Der bessere Weg ist die gezielte Prophylaxe durch Impfung. Der Impfstoff gegen Hepatitis B enthält das Oberflächenprotein des Virus, das nach mehrmaliger Injektion die Bildung von schützenden Antikörpern anregt. Das Oberflächenprotein stammt nicht direkt vom Virus, sondern es wird mit Hilfe gentechnischer Methoden in Hefezellkulturen produziert und daraus extrahiert und gereinigt. Dieser Impfstoff ist gut verträglich und relativ wirksam. Nachteilig ist sein hoher Preis und die Tatsache, dass mindestens drei Injektionen nötig sind.
Als Alternative zu solchen nicht billigen Hefe-Fermenterkulturen wird in den letzten zehn Jahren auch die Möglichkeit erwogen und experimentell bearbeitet, transgene Pflanzen zur Immunisierung gegen eine ganze Anzahl pathogener Viren zu erstellen. In verschiedenen neueren Veröffentlichungen werden solche transgenen Pflanzen - z. B. Tabak, Tomaten oder Kartoffeln - mit der Fähigkeit zur Antigenproduktion (z.B. Tollwutvirus-Antigene) beschrieben. Kürzlich wurde in der Fachliteratur auch die Produktion von Hepatitis B-Oberflächenprotein in transgenem Kopfsalat und in Lupinen beschrieben. Unter praktischen Gesichtspunkten sind diese Pflanzenarten jedoch nur bedingt zur Immunisierung geeignet.
In Untersuchungen zu diesem Thema, die am Institut für Pflanzenernährung, Abteilung Gewebekultur (Dr. Jafargholi Imani, Prof. Dr. Karl-Hermann Neumann), in Zusammenarbeit mit dem Institut für Medizinische Virologie (Leiter: Prof. Dr. Wolfram H. Gerlich) der Universität Gießen durchgeführt wurden, haben sich die Wissenschaftler dagegen auf eine gut lagerfähige und transportierbare, allerdings dann frisch zu verzehrende Pflanzenart konzentriert, nämlich die Karotte. Durch den Kochvorgang würde das von den Pflanzen produzierte Antigen, ein Eiweiß, zerstört und damit als Impfstoff wirkungslos. Die Karotte müsste dann roh verzehrt oder in Form von Karottensaft getrunken werden. Ihr Vorteil: Sie kann weltweit kultiviert und somit auch in tropischen und subtropischen Ländern angebaut werden.
Bei den Untersuchungen am Institut für Pflanzenernährung wurden Karotten gentechnisch so verändert, dass sie selbst einen Impfstoff gegen Hepatitis B bilden. Zunächst wurden mit heute gängigen molekularbiologischen Methoden das von den Gießener Humanvirologen zur Verfügung gestellte Gen für das Hepatitis B-Oberflächenprotein mit einem durch ein pflanzliches Hormon (Auxin) aktivierbaren sogenannten "Promotor" (einem Steuerelement der Genexpression) verbunden und dann auf eine Karottenzellsuspension übertragen. Um eine hohe Ausbeute an transgenen Zellen (d. h. Zellen, die das Fremdgen enthalten) zu erzielen, wurde eine am Institut für Pflanzenernährung schon vor längerer Zeit entwickelte Methode zur "Zellzyklussynchronisation" angewendet. Die Zellen teilen und vermehren sich dabei alle gleichzeitig. Durch dieses Verfahren konnten in einem Ansatz mehr als 80% der Zellen genetisch transformiert werden. Der Transformationserfolg liegt bei den herkömmlichen Methoden dagegen nur bei einigen wenigen Prozent.
Die Zell-Linien, welche am meisten Virusprotein produzierten, wurden dann für die weitere Bearbeitung ausgewählt. Jede dieser Zellen kann unter geeigneten Bedingungen zu einer ganzen Pflanze heranreifen. Mit Hilfe dieser "somatischen Embryogenese" wurden kleine Pflänzchen herangezogen, die dann in den Boden eingepflanzt wurden. Dort entwickelten sich morphologisch ganz normale Karottenpflanzen, die nach drei Monaten geerntet wurden. Mit den üblichen diagnostischen Methoden konnte das in den Zellen der Karottenwurzel gebildete Oberflächenprotein des Hepatitis B-Virus nachgewiesen werden. Eine Erhöhung der Konzentration des Virusproteins konnte durch die Behandlung der Karottenpflanzen mit einem Auxin 48 Stunden vor der Ernte erzielt werden. Durch diese Hormonapplikation wird der mit der Virus-DNS in die Karottenzellen übertragene, für dieses Hormon spezifische, ursprünglich aus Bakterien isolierte und in der Karotte sonst nicht vorkommende "Promotor" aktiviert.
Eine genauere Darstellung des Verfahrens und der damit erzielten Ergebnisse wird in einem gegenwärtig im Druck befindlichen Artikel in der Fachzeitschrift "Plant Cell, Tissue and Organ Culture" (Imani et al, 2002) veröffentlicht. An den Untersuchungen beteiligt waren: Dr. Jafargholi Imani und Prof. Dr. Karl-Hermann Neumann, Institut für Pflanzenernährung, Abteilung Gewebekultur, der Universität Gießen, Dr. Andreas Berting, jetzt Wien, Dr. Silvia Nitsche, Priv.-Doz. Dr. Stephan Schäfer, jetzt Universität Rostock, und Prof. Dr. Wolfram H. Gerlich, Institut für Medizinische Virologie der Justus-Liebig-Universität Gießen. Klinische Tests des Verfahrens stehen allerdings noch aus. Insbesondere stellt sich die Frage, ob statt durch Injektionen auch durch eine orale Aufnahme eine Immunisierung möglich ist.
Kontaktadresse:
Prof. Dr. Karl-Hermann Neumann
Institut für Pflanzenernährung, Abteilung Gewebekultur
Heinrich-Buff-Ring 26-32
35392 Gießen
Tel.: 0641/99-39161
Fax::0641/99-39169
e-mail: Karl-Hermann.Neumann@ernaehrung.uni-giessen.de
Criteria of this press release:
Biology, Information technology, Medicine, Nutrition / healthcare / nursing, Zoology / agricultural and forest sciences
transregional, national
Research results
German
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