Hefe als Cannabinoid-Produzent

Hefefabrik statt Plantage: Künftig könnten Cannabis-Wirkstoffe aus Bierhefe gewonnen werden. Denn Forscher haben diese Mikroorganismen dazu gebracht, Cannabinoide wie THC und CBD zu produzieren. Dafür schleusten sie Gene von Bakterien und der Hanfpflanze in die Pilze ein. Dieser Ansatz könnte künftig nicht nur die Erforschung von Cannabinoiden erleichtern. Er stellt zudem eine umweltfreundlichere Alternative zum herkömmlichen Cannabis-Anbau dar, wie das Team im Fachmagazin „Nature“ berichtet.

Die Hanfpflanze ist vor allem für die in ihr enthaltenen Cannabinoide bekannt – Substanzen mit teils berauschenden, aber auch medizinischen Wirkungen. Um diese Inhaltsstoffe als Droge oder Therapeutikum nutzen zu können, wird Cannabis in manchen Regionen in großem Stil angebaut. Doch die Sache hat einen Haken: Die Kultivierung der Pflanze ist aufwendig, energieintensiv und kann der Umwelt schaden.

Hinzu kommt, dass einige Cannabinoide nur in geringen Konzentrationen im Hanf enthalten sind. Dies macht vor allem ihre Isolierung für wissenschaftliche Zwecke schwierig und steht somit der Erforschung potenzieller neuer Medikamente im Weg, wie Forscher um Xiaozhou Luo von der University of California in Berkeley berichten.

Eingriff ins Bierhefe-Erbgut

Doch er und seine Kollegen haben nun einen Weg gefunden, diese Probleme zu lösen: Sie brachten Hefeorganismen dazu, die begehrten Cannabinoide zu produzieren. Für ihre Studie veränderten die Wissenschaftler Bierhefe (Saccharomyces cerevisiae) mithilfe gentechnischer Methoden. Dabei manipulierten sie wichtige Stoffwechselwege der Hefe, indem sie Gene von fünf unterschiedlichen Bakterienarten in ihr Erbgut einbauten.

Zusätzlich integrierten sie Gene aus der Hanfpflanze selbst, die eine wesentliche Rolle für die Synthese der Cannabinoide spielen. Die derart veränderte Hefe konnte einfachen Galactose-Zucker in Moleküle wie Olivetolsäure umwandeln – Vorläufer-Moleküle für die Cannabinoid-Synthese. Daraus machte der Hefeorganismus schließlich Cannabigerolsäure (CBGA), wie die Forscher erklären. Dieser Stoff ist gewissermaßen die Mutter aller Cannabinoide.

Komplexer Syntheseweg: Hefe macht aus Zucker Cannabinoide. © Jay Keasling lab/ UC Berkeley

THC und CBD aus Pilzen

Sowohl in der Hanfpflanze als auch in der genetisch veränderten Hefe kann CBGA mithilfe spezieller Enzyme in Tetrahydrocannabinol- und Cannabidiolsäure umgewandelt werden. Diese reagieren unter Einfluss von Licht und Wärme zu den bekannten Verbindungen Tetrahydrocannabinol (THC) und Cannabidiol (CBD). Sowohl von dem für die Rauschwirkung verantwortlichen THC, aber vor allem auch von CBD ist bekannt, dass sie unter anderem Schmerzen mildern, Krämpfe lösen und Übelkeit lindern können.

Darüber hinaus gelang es dem Team, die Hefe zur Produktion zweier weiterer Cannabinoide anzuregen: den Verbindungen Cannabidivarin und Tetrahydrocannabivarin. Die Effekte dieser beiden Substanzen sind ihnen zufolge bisher aber noch weitgehend unerforscht.

Großes Potenzial

Es ist nicht das erste Mal, dass Forscher Hefeorganismen als Medikamentenfabriken nutzen. So haben solche genmanipulierten Pilze etwa bereits Substanzen wie Insulin und Morphin produziert. Von der Cannabinoid-Produktion mithilfe von Hefe versprechen sich Luo und seine Kollegen ein ebenso großes, wenn nicht noch größeres Potenzial. Denn die Nachfrage und auch das Forschungsinteresse an den Inhaltsstoffen der Hanfpflanze ist hoch.

„Diese Arbeit legt den Grundstein für die industrielle Gewinnung von Cannabinoiden – unabhängig vom Cannabis-Anbau“, schreibt das Team. Dadurch werde in Zukunft zum einen eine bessere Erforschung dieser vielversprechenden Substanzen möglich und damit auf lange Sicht womöglich neue Medikamente.

Zum anderen profitierten auch die Nutzer direkt: Sie könnten den Forschern zufolge qualitativ hochwertiges und gleichzeitig günstiges CBD und THC erhalten und außerdem ihr ökologisches Gewissen beruhigen. „Unsere Methode ist der wesentlich umweltfreundlichere Weg, Cannabinoide zu produzieren“, betont Mitautor Jay Keasling. (Nature, 2019; doi: 10.1038/s41586-019-0978-9)

Quelle: Nature Press/ University of California, Berkeley