Eine giftige Kletterpflanze enthält eine Verbindung namens Celastrol, von der Wissenschaftler glauben, dass sie während ihres Wachstums eine starke Wirkung gegen Fettleibigkeit hat. Dies ist das erste Mal, dass diese begehrte Verbindung einfach und sicher unter Verwendung von gewöhnlicher Hefe als idealem „Ersatz“-Wirt hergestellt wird.
Die als Tripterygium wilfordii bekannte Pflanze wächst hauptsächlich in China und wird seit langem in der traditionellen Medizin zur Behandlung von rheumatoider Arthritis, Multipler Sklerose, Morbus Crohn, Lupus, Psoriasis, Fieber und anderen Erkrankungen eingesetzt. Aufgrund seiner Toxizität für den Menschen ist die Gewinnung seiner angeblich vorteilhaften chemischen Eigenschaften jedoch zeitaufwändig, riskant und einfach nicht für die weitere Forschung und zukünftige kommerzielle Nutzung skalierbar.
Jetzt haben Wissenschaftler der Universität Kopenhagen den Prozess zur Herstellung von Celastrol einfach und nachhaltig gestaltet – ein großer Durchbruch, der nötig ist, um diese vielversprechende Verbindung in eine praktikable, einfach herzustellende zukünftige Behandlung von Fettleibigkeit umzuwandeln.
Sotirios Kampranis, Professor am Fachbereich Pflanzen- und Umweltwissenschaften, sagte: „Aus offensichtlichen Gründen kann man nicht einfach nur Pflanzen essen und von Arzneimitteln profitieren. Was machen wir also? Das Problem bei der Gewinnung von Celastrol aus der Natur besteht darin, dass es schwierig ist, es von anderen toxischen Molekülen in Pflanzen zu trennen. Bisher gab es dafür keinen wirksamen Weg.“
Celastrol erregt seit mehreren Jahren die Aufmerksamkeit von Forschern, die seine Fähigkeit zur Interaktion mit dem Peptidhormon Leptin untersucht haben. Leptin (Leptin) spielt eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der Energiezufuhr (Kalorien) und signalisiert dem Gehirn, wenn mehr Nahrung benötigt wird oder der Körper zufrieden ist. Während der Gewichtszunahme kann Leptin jedoch resistent werden, was dazu führt, dass diese Signale ausfallen und Hunger und Sättigung gestört werden, was wiederum zu Gewichtszunahme und Resistenz führt.
Celastrol ist jedoch vielversprechend, wenn es darum geht, diesen Prozess umzukehren, die Leptinempfindlichkeit wiederherzustellen und Energierestriktionssignale wiederherzustellen, die für die langfristige Gewichtserhaltung entscheidend sind. Beispielsweise könnten erfolgreiche, aus Celastrol entwickelte Medikamente Menschen nach der ersten Einnahme von GLP-1-Agonisten langfristig dabei helfen, Gewicht zu verlieren, da solche Medikamente eine Gewichtszunahme nach Absetzen der Behandlung noch nicht verhindern.
In früheren Experimenten nahmen Mäuse, die eine fettreiche Diät erhielten und Celebrex erhielten, 45 % weniger an Gewicht zu als eine Kontrollgruppe. Es gibt ähnliche Auswirkungen auf menschliche Zellen, aber es bedarf weiterer Forschung – ein Teil der Schwierigkeit liegt in der Gewinnung der Verbindung.
Forscher glauben, dass die Antwort in der Biotechnologie liegt, der Synthese von Extrakten unter Verwendung wichtiger Inhaltsstoffe des ursprünglichen „Rezepts“ in der Zusammensetzung der Pflanze. Mit diesem Ziel vor Augen übernahm das Forschungsteam schließlich die Führung bei der Kartierung der 15 biochemischen Schritte, die Pflanzen zur Herstellung von Celastrol nutzen, ein Prozess, der alle Hindernisse für die weitere Entwicklung der Verbindung beseitigte.
Der leitende Forscher Zhao Yong sagte: „Wir haben herausgefunden, wie Pflanzen Celastrol bilden, indem wir alle Schritte im Herstellungsprozess gefunden haben. Das bedeutet, dass wir die Gene und Enzyme, die diese Substanz herstellen, in einen anderen Organismus einbringen können, der keine giftigen Substanzen produziert. Das haben wir mit Hefe gemacht.“
Moderne Arzneimittel werden hauptsächlich aus Petrochemikalien auf Rohölbasis synthetisiert, während Hefe in der gesamten Biotechnologieindustrie weit verbreitet ist. Hefe passt auch besser zu Pflanzenstoffen.
Zhao sagte: „Da die Molekülstruktur von Celastrol sehr komplex ist, gibt es derzeit nur chemische Synthesemethoden mit sehr geringer Effizienz, die nicht für die Produktion im großen Maßstab geeignet sind. Daher ist unsere Methode nicht nur eine umweltfreundliche Methode, sondern auch die einzige echte Methode, die es derzeit gibt.“
Durch die Verwendung von Hefe als Wirtsorganismus konnten die Forscher synthetisches Celastrol schnell in einem Wassertank mit nachhaltiger Skalierbarkeit rein isolieren und „züchten“.
„Stellen Sie sich vor, Sie füttern einfach das Molekül Zucker und erhalten eine nahezu reine Form der Verbindung ohne die giftigen Verbindungen, die in der Natur vorkommen“, sagte Campplanis. „Der Prozess ist einfach und effektiv – es dauert nur etwa eine Woche, bis das Endprodukt entsteht. Und bei der Produktion werden keine chemischen Synthesewerkzeuge verwendet.“ Häufig kommen giftige Lösungsmittel oder Katalysatoren zum Einsatz. Aus diesem Grund haben wir uns für die Verwendung von Hefe als Organismus entschieden. Während diese Technologie in der Wissenschaft entwickelt wird, ist es wichtig, dass sie in einer Form vorliegt, die für die Industrie nützlich ist, wo sie weiterentwickelt werden kann, um Produkte zu schaffen, die uns allen helfen können.“
Der natürliche nächste Schritt in der Forschung besteht darin, herauszufinden, wie dieses synthetische Celastrol im menschlichen Körper wirkt. Sie gehen davon aus, dass das Medikament möglicherweise allein oder in Kombination mit einer anderen Therapie zur langfristigen Gewichtsabnahme und -erhaltung eingesetzt wird. (Übrigens wurde diese Studie von der Novo Nordisk Foundation unterstützt, zu der auch der Ozempic/Wegovy-Pharmariese Novo Nordisk gehört.)
„Wir können uns eine Behandlung vorstellen, die Celebrex mit anderen Anti-Adipositas-Medikamenten kombiniert, um eine stärkere Wirkung zu erzielen, denn je mehr Ziele im Körper getroffen werden, desto besser. Tatsächlich gibt es oft einen synergistischen Effekt, wenn mehrere Medikamente gleichzeitig wirken. Aber hier muss natürlich die Pharmaindustrie übernehmen“, sagte Zhao.
Die Forschung wurde in der Zeitschrift Nature Chemistry veröffentlicht.