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Herzglykosidbiosynthese und Evolution des Herzglykosidmerkmals

Der wollige Fingerhut (Digitalis lanata Ehrh.) ist eine wichtige Arzneipflanze. Aus ihm werden die meisten der therapeutisch genutzten Herzglykoside isoliert. Er dient uns in vielerlei Hinsicht als Modellsystem zum Studium von Bildung, Transport und Abbau der Herzglykoside. Die Biosynthese der Herzglykoside ist noch in vielen Punkten unverstanden. Wichtigstes Ziel unserer Forschungen ist es hier, die enzymatischen Grundlagen der Herzglykosidbildung zu erarbeiten, um diese Syntheseschritte einer molekulargenetischen Bearbeitung zugänglich zu machen. Diese Thematik kombiniert chemisch-synthetische Methoden mit biochemischen Techniken. In laufenden Projekten werden untersucht:  Butenolidring-Bildung, Pregnan-21-Hydroxylierung, Pregnen-Oxido-Reduktasen und Pregnen-Isomerasen.

Enzyme in und aus pflanzlichen Drogen

Die Wirksamkeit vieler der in der modernen Phytotherapie verwendeten Arzneimittel (Phytopharmaka) ist durch klinische Studien oder die ärztliche Erfahrung belegt. Bisher wurden bei der Suche nach Wirkstoffen und dem Versuch die Wirksamkeit eines Phytotherapeutikums zu erklären besonders Produkte des pflanzlichen Sekundärstoffwechsels berücksichtigt, für die man in geeigneteten Modellen eine biologische Wirkung nachweisen konnte. Die Bedeutung pflanzeneigener Enzyme für die Wirksamkeit einer pflanzlichen Droge wurde bisher wenig untersucht. Es ist jedoch bekannt, daß pflanzliche Enzyme auch nach der Ernte - resp. dem Trockungsprozeß der Droge - in einer aktiven Form vorliegen. Einige dieser Enzymaktivitäten werden in technologischen Prozessen genutzt. Pflanzeneigene Enzyme beeinflussen die Qualität der Droge, z. B. auch bezüglich ihres Musters und Gehaltes an bekannten, wirksamkeitsbestimmenden Komponenten; die Aktivität solcher Enzyme kann sich entweder negativ oder positiv auf die Qualität des Phytopharmakons auswirken. Während die Effekte als solche häufig beobachtet werden, sind die biochemischen Reaktionen, die solche Umwandlungen katalysieren, nur ungenügend charakterisiert. Unser besonderes Interesse gilt gegenwärtig den folgenden Enzymen: Polyphenoloxidasen, b-Glucosidasen.

Phythämagglutinine (Lektine)

Bei Lektinen handelt es sich um eine sehr umfangreiche Stoffgruppe, die in fast allen Lebewesen vorkommen. Sie bezeichnen Proteine, die spezifisch bestimmte freie oder an Zellfragmenten gebundene Zuckermoleküle erkennen können und die Fähigkeit besitzen diese zu binden. Ferner besitzen Lektine die Fähigkeit Zellen wie z.B. Erythrozyten, Lymphozyten oder maligne Zellen zu agglutinieren. Einige Lektine wie z.B. die der Mistel (Viscum album) entfalten darüber hinaus eine hohe toxische Wirkung. Diese toxische Wirkung führte zu der Frage einer Anwendbarkeit von Lektinen in der Tumortherapie. Dies wird allerdings seit Jahren kontrovers diskutiert, da nicht zuletzt eine geeignete Methode zur Standardisierung solcher zur Therapie eingesetzter Arzneimittel fehlt. Zudem wirft die Einstellung von pflanzlichen Arzneimitteln mit variablen Stoffgehalten (so ist der Lektingehalt meist jahreszeitlichen Schwankungen unterworfen) die Frage nach der Erfüllung der Unbedenklichkeit und des klinischen Nutzens auf. Die Analyse und Standardisierung lektinhaltiger Präparate ist keine triviale Aufgabe. Hohe Anforderungen werden an Nachweisempfindlichkeit, Verlässlichkeit und Reproduzierbarkeit der Methoden gestellt. Für die Etablierung verlässlicher Protokolle werden folgende Methoden angewandt: SDS-PAGE, ELLA, Hämagglutination, Western-Blot, HPLC.

Pflanzliche Zell- und Gewebekultur

Verschiedene Techniken der Mikrovermehrung sind bei der Erhaltung, Vermehrung und Klonierung wichtiger Arzneipflanzen einsetzbar. Die folgenden Methoden werden bei uns für verschiedene Fragestellungen (Erhaltung, Vermehrung, physiologische und biochemische Untersuchungen) angewandt: In-vitro-Verklonung wertvoller Einzelpflanzen durch Sproßkultur,  Kalluskultur mit dem Ziel der Organogenese, Permanente Zell- und Gewebekulturen.