Gewinnung von pharmakologisch relevanten Triterpenen aus pflanzlichen Zellkulturen am Beispiel von Oleanol- und Ursolsäure

Die Stoffgruppe der Triterpene rückt vermehrt in den Fokus pharmazeutischer Untersuchungen. So betrug der Weltmarkt für Wirkstoffe aus Pflanzen im Jahr 2002 rund 30,7 Mrd. US$, wobei die Substanzklasse der Terpene den dominierenden Anteil und die höchsten Wachstumsraten hat. Die Triterpene werden in der Regel aus verschiedenen Pflanzenmaterialien isoliert und gegebenenfalls für die pharmazeutische Anwendung chemisch modifiziert. Durch dieses Vorgehen ergeben sich mehrere Nachteile. So unterliegt die Rohstoffversorgung starken Schwankungen in Qualität und Quantität, da der Anbau von Medizinalpflanzen von der Witterung abhängig ist. Bei der chemischen Modifikation entsteht eine Vielzahl von Nebenprodukten, die aufwändig vom Zielprodukt abgetrennt werden müssen. Manche erwünschte Modifikationen sind auf dem chemischen Weg nur schwer oder überhaupt nicht zugänglich.

In diesem Projekt soll daher untersucht werden, inwieweit über pflanzliche Zellkulturen aus Salbei Triterpene in ausreichender Qualität und Quantität unter reproduzierbaren Bedingungen hergestellt werden können. Gegenstand des Projektes sollen des Weiteren Untersuchungen zur Modifikation der Triterpene mittels Biotransformation mit Ganzzellsystemen und mit isolierten Enzymen sein. Das Vorhaben fokussiert dabei auf die beiden Positionsisomere Oleanol- und Ursolsäure, da diese mit zu den wirksamsten Vertretern der Substanzklasse der Triterpene zählen. Sie verfügen über eine Vielzahl von pharmakologischen Wirkungen und positive Eigenschaften bezüglich Entzündungshemmung, Tumorbekämpfung und Hepatoprotektion konnten ihnen nachgewiesen werden.

Ziel ist die Etablierung eines Gesamtprozesses, der die Schritte Kultivierung und Produktbildung, sowie die Aufarbeitung und die Biotransformation in einer biotechnologischen Miniplantanlage vereint. Anhand der hierbei erzielten Prozessdaten soll eine Modellierung des Gesamtprozesses am Beispiel der Fermentation einer Salbeizelllinie mit anschließender Veresterung durch Nocardia NRRL5646 erfolgen. Mit Hilfe des Prozessmodells soll die Maßstabsübertragung der einzelnen Prozessparameter und damit ein entsprechendes Up-Scaling ermöglicht werden. Die Effektivitätssteigerung durch den Einsatz transgener Zelllinien wird dabei eingehend untersucht.

 

 

Kooperationspartner

Prof. Dr. Thomas Bley (TU Dresden)

Prof. Dr. Ekkehard Neuhaus (TU Kaiserslautern)

StatusAbgeschlossenes Projekt
FördermittelgeberDeutsche Forschungsgemeinschaft
Förderzeitraum01/2010-12/2011
FördernummerUL 170/8-1

Veröffentlichungen und Tagungsbeiträge

  • K. Muffler, D. Leipold, M.-C. Scheller, C. Haas, J. Steingroewer, T. Bley, H. E. Neuhaus, M. A. Mirata, J. Schrader, R. Ulber; Biotransformation of triterpenes; Process Biochemistry (2010), doi:10.1016/j.procbio.2010.07.015
  • D. Leipold, G. Wünsch, K. Muffler, M. Schmidt, H.-J. Bart, H. Bergmann, E. Richling, R. Ulber; Synthesis of ursolic acid derivatives by microbial metabolism of ursolic acid with Nocardia sp. NRRL 5646; Process Biochemistry 45 (2010) 1043-1051
  • B. Ludwig, D. Geib, C. Haas, J. Steingroewerb, T. Bley, K. Muffler, R. Ulber; Whole-cell biotransformation of oleanolic acid by free and immobilized cells of Nocardia iowensis: Characterization of new metabolites; Eng. Life Sciences (2014) 10.1002/elsc.201400121
  • Scheller M-C, Muffler K, Leipold D, Möhlmann T, Neuhaus E, Steingroewer J, Haas C, Bley T, Ulber R; Biotransformation of ursolic acid from plant cells; New biotrends in green chemistry (2010) Dortmund
  • M.-C. Scheller, K. Muffler, G. Wünsch, D. Leipold, E. Neuhaus, T. Möhlmann,T. Bley, J. Steingroewer, C. Haas, R. Ulber; Gewinnung von Triterpenen aus Pflanzenzellkulturen; Jahrestagung der Biotechnologen & ProcessNet-Jahrestagung (2010) Aachen
  • K. Muffler, M.C. Scheller, B. Ludwig, D. Leipold, T. Möhlmann, E. Neuhaus, J. Steingroewer, C. Haas, T. Bley, R. Ulber; Production of biologically active triterpenes by biotransformation; European Congress of Chemical Engineering and Applied Biotechnology (2011) Berlin
  • C. Haas, S. Schulz, K. Muffler, T. Möhlmann, R. Ulber, E. Neuhaus, T. Bley, J. Steingroewer; Production of pharmaceutical relevant triterpenoids with plant in vitro cultures; European Congress of Chemical Engineering and Applied Biotechnology (2011) Berlin
  • S. Schulz, C. Haas, D. Leipold, K. Muffler, R. Ulber, A.I. Pavlov, T. Bley, J. Steingröwer; Screening methods for pharmaceutical relevant triterpenoids; European Congress of Chemical Engineering and Applied Biotechnology (2011) Berlin
  • S. Schulz, P. Kroll, C. Haas, R. Ulber, T. Bley, J. Steingroewer; Purification of Triterpenes from Salvia callus by sorption; GVC/DECHEMA Vortrags- und Diskussionstagung Biopharmazeutische Produktion (2012) Freiburg
  • B. Ludwig, K. Muffler, D. Leipold, T. Möhlmann, E. Neuhaus, J. Steingroewer, C. Haas, T. Bley, R. Ulber; Biotransformation von bioaktiven Triterpenen; GVC/DECHEMA Vortrags- und Diskussionstagung Biopharmazeutische Produktion (2012) Freiburg