Wissenschaftler haben eine Pflanze so verändert, dass sie gleichzeitig 5 verschiedene Psychedelika produziert
Was haben Pflanzen, Kröten und Pilze gemeinsam? Sie können alle psychedelische Substanzen produzieren – und jetzt wurden ihre Kräfte in einer Pflanze vereint, fast wie ein „trippigerer Captain Planet“.
In einem ungewöhnlichen ersten Schritt haben Wissenschaftler die Gene dieser Organismen, die zur Herstellung von fünf natürlichen Psychedelika verwendet werden, in eine Tabakpflanze (Nicotiana benthamiana) eingeführt, die dann alle fünf Verbindungen gleichzeitig produzierte.
Da das Interesse an Psychedelika als mögliche Behandlung für Erkrankungen wie Depressionen, Angstzustände und PTSD wächst, könnte das neu entwickelte System Wissenschaftlern eine neue Methode bieten, diese Verbindungen für Forschungszwecke herzustellen.
„[Unsere] Strategie etablierte ein heterologes Pflanzensystem zur Produktion von fünf wichtigen therapeutisch wertvollen Verbindungen, ihren Derivaten und nicht-natürlichen Pflanzenanalogon, was einen Ausgangspunkt für ihre Produktion in Pflanzen bietet“, schreiben Forscher unter der Leitung eines Teams am Weizmann Institute of Science in Israel.
Tryptamin‑Psychedelika sind eine Klasse von Verbindungen, zu denen Psilocin, Psilocybin und eine Reihe von Dimethyltryptamin (DMT) Verbindungen gehören. Die Fähigkeit, diese Substanzen herzustellen, ist bei verschiedenen Organismen im gesamten Lebensbaum entstanden – Pflanzen, Pilze und Tiere.
In den letzten Jahren haben mehrere Studien gezeigt, dass tryptaminbasierte Psychedelika ein bislang ungenutztes Potenzial für die Behandlung psychischer Erkrankungen darstellen könnten.
Der Fortschritt auf diesem Gebiet bleibt jedoch begrenzt, teilweise aufgrund regulatorischer Beschränkungen, was die Notwendigkeit weiterer Forschung unterstreicht. Dies schafft praktische Herausforderungen für Wissenschaftler.
„Traditionell hängt die Versorgung mit Psychedelika von natürlichen Produzenten ab, hauptsächlich Pflanzen, Pilzen und der Sonora‑Wüstenkröte“, schreiben die Forscher. „Die Ernte dieser Organismen für ihre psychoaktiven Verbindungen wirft ökologische und ethische Bedenken auf, da sie zunehmend durch Lebensraumverlust und Übernutzung bedroht sind.“
Um diesem Problem zu begegnen, machten sich die Pflanzenwissenschaftler Paula Berman und Janka Höfer und ihr Team daran, die biochemischen Wege hinter diesen Verbindungen zu kartieren und neu aufzubauen.
Sie identifizierten die Schlüsselgene, die von zwei Pflanzen – Psychotria viridis und Acacia acuminata – zur Herstellung von DMT verwendet werden, und die schrittweise chemische Herstellung dieser Verbindung.
Dann kombinierten sie diese mit Genen und bereits bekannten Wegen aus psychedelischen Pilzen (Psilocybe cubensis) und der Kröte (Rhinella marina), fügten unterstützende Enzyme aus Reis und Kresse hinzu und führten dann den gesamten genetischen Werkzeugsatz in Tabakpflanzen (Nicotiana benthamiana) ein.
Der Tabak wurde nicht wegen seiner eigenen Drogenproduktion gewählt, sondern weil er praktisch das „Labornagetier“ unter den Pflanzenarten ist, mit seinem schnellen Wachstum.
Schließlich überwachte das Team sorgfältig die Produktion von fünf psychedelischen Tryptaminen in der Pflanze: DMT, ursprünglich aus Pflanzen; Psilocin und Psilocybin aus Pilzen; sowie Bufotenin und 5‑MeO‑DMT aus Kröten.
Die veränderten Tabakpflanzen produzierten alle fünf Verbindungen gleichzeitig. Da die verschiedenen Produktionswege um die gleichen Ressourcen konkurrieren, wurden einige Verbindungen in geringeren Mengen als in ihren ursprünglichen Quellen produziert.
Die Produktion war jedoch hoch genug, um darauf hinzuweisen, dass das System mit ein wenig Feintuning als biologische Tryptamin‑Fabrik für Forscher funktionieren könnte.
Berman, Höfer und ihr Team gingen noch einen Schritt weiter. Durch Anpassung der an der Tryptamin‑Produktionskaskade beteiligten Enzyme konnten die Forscher modifizierte Versionen der Verbindungen herstellen, die natürlich nicht in Pflanzen vorkommen und möglicherweise ebenfalls therapeutischen Wert haben.
Mit weiterer Forschung könnte das System an die Anforderungen der Forschung optimiert oder sogar dazu beitragen, neue Verbindungen zu entwerfen, die für bestimmte therapeutische Anwendungen maßgeschneidert sind.
„Die Kombination katalytischer Funktionen über den gesamten Lebensbaum hinweg, gekoppelt mit metabolischem Engineering, das durch rationale Proteindesign mutantischer Enzyme geführt wird, ermöglichte eine wesentlich effizientere in planta Produktion der indolethylamin‑Komponenten“, schreiben die Forscher.
„Diese Arbeit etabliert eine vielseitige Plattform für die gleichzeitige Biosynthese und Diversifizierung psychoaktiver Indolethylamine und ebnet den Weg für ihre Produktion in Pflanzen.“
Die Forschung wurde in Science Advances veröffentlicht.