Das internationale Expertenteam stellt drei große Anwendungsbereiche vor: Zum einen für die Herstellung von Diagnosen, etwa von Antikörpern zum Nachweis von Infektionen. Zweitens für die Herstellung von Impfstoffen und drittens für die Herstellung von Virostatika: Proteine, die die Vermehrung des Virus verlangsamen und mit denen die Krankheitssymptome gelindert werden können.
Als Reagenzien zum Nachweis von Antikörpern können beispielsweise in Pflanzen produzierte Virushüllproteine verwendet werden. Im Bluttest binden sie an spezifische Sars-CoV-2-Antikörper eines Patienten, der sich bereits mit dem Virus infiziert hat. Nach dem gleichen Prinzip werden auch virale Proteine für Impfstoffe hergestellt, zum Beispiel das Virus-Ohr-Protein, das in Covifenz in virusähnlicher Form den Virus-Like Particles (VLP) ähnelt.
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Antikörper-Schnelltest | Schnelltests, die eine aktuelle oder frühere Infektion mit einem Erreger nachweisen können, basieren auf biotechnisch hergestellten Antikörpern.
Mögliche antivirale Wirkstoffe in Pflanzen wären zum Beispiel Lektine. Sie binden spezifisch an die Zuckerstrukturen viraler Oberflächenproteine und verhindern die Anheftung des Virus an die Wirtszelle. Das hemmt die Ausbreitung des Virus, verlangsamt die Infektion und gibt dem Immunsystem mehr Zeit zu reagieren. Lektine werden auch gegen das HI-Virus eingesetzt.
Aber trotz ihres Potenzials hat die molekulare Landwirtschaft noch keine Rolle bei der Bekämpfung der Pandemie mit proteinbasierten Medikamenten gespielt. Das Verfahren konkurriert mit anderen Hefe-, Bakterien- und tierischen Zellproduktionssystemen, die in der pharmazeutischen Industrie etabliert sind. Schillberg erklärt, dass die molekulare Landwirtschaft nicht nur bei Pandemien gute Chancen hat, eingesetzt zu werden, sondern vor allem in Notfallszenarien, in denen Impfstoffe schnell benötigt werden: „Zum Beispiel, um eine bestimmte Krankheit zu bekämpfen, etwa Virusinfektionen. Pflanzen wären ideal, weil sie dank transienter Expression in wenigen Tagen sehr schnell Protein produzieren können.“
Pflanzentechnik gegen Ebola und Erbkrankheiten
Auch wenn die molekulare Landwirtschaft noch um allgemeine Aufmerksamkeit zu kämpfen scheint, haben einige durch molekulare Landwirtschaft hergestellte Medikamente seit der Erstveröffentlichung der Methode im Jahr 1989 bereits an Bedeutung auf dem Weltmarkt gewonnen.
Das wirtschaftlich bedeutendste Beispiel ist die Produktion des Enzyms β-Glucocerebrosidase in Karottenzellen. Patienten, die dieses Enzym nicht haben, entwickeln die Gaucher-Krankheit. Sie können bestimmte Stoffwechselprodukte nicht abbauen, was sogar tödlich sein kann. Dieses Enzym benötigt für seine Funktion eine bestimmte Zuckerkette im Protein, die Pflanzen besonders gut herstellen können. Es wird jetzt als ELELYSO vermarktet und erhielt 2012 die behördliche Zulassung, einer der beiden großen Fortschritte in der molekularen Landwirtschaft in diesem Jahr.
Ebenfalls im Jahr 2012 entwickelten Experten im Rahmen des EU-Projekts „Pharma-Planta“, einem internationalen Konsortium mit dem Schillberg-Team, die sogenannte GMP (Good Manufacturing Practices)-kompatible Entwicklungsplattform für pharmazeutische Proteine durch molekulare Landwirtschaft dann auch in der EU zugelassen: eine wichtige Voraussetzung für zukünftige Anwendungen der Technologie. Dies wurde durch den Erfolg der klinischen Phase-I-Studie mit einem HIV-neutralisierenden Antikörper in Tabakpflanzen (Nicotiana tabacum) erreicht.
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Das bekannteste Beispiel ist jedoch der Antikörpercocktail „ZMapp“ gegen Ebola, der ebenfalls in Tabakpflanzen hergestellt wird. Er war Amtsinhaber im Jahr 2014, als er die Erlaubnis erhielt, während der Ebola-Epidemie in Westafrika Notfall- und klinische Studien in Liberia durchzuführen.
Der kürzlich zugelassene Impfstoff Medicago Covifenz gilt ebenfalls als großer Durchbruch in der Gemeinschaft der molekularen Landwirtschaft. Medicago hat eindeutig gezeigt, dass durch transiente Expression Impfstoffe sehr schnell in ausreichenden Mengen abgegeben werden können, erklärt Schillberg. In diesem Fall hält er den Übergangsausdruck sogar für die sinnvollste Pflanzenplattform und betont: „Es ist ein einzigartiger Verkaufspunkt der Pflanze: Kein anderes System kann Medikamente in der gleichen Größenordnung, Größe und Geschwindigkeit liefern!“
Verpasst die WHO eine Chance?
Experten sehen daher große Chancen in der Technologie der molekularen Landwirtschaft. Die deutsche Firma Icon Genetics beschäftigt sich seit langem mit der klinischen Anwendung von Impfstoffen, die Produktionsanlagen dieser Firma produzierten auch das erfolgreiche Zmapp. Icon Genetics hat mehrere Produkte in klinischen Studien, wie z. B. kundenspezifische Krebsimpfstoffe, die seit 2010 individuell für jeden Patienten hergestellt werden. Das Unternehmen sieht darin auch eine zukünftige Anwendung für Molecular Farming, da diese Produktionssysteme nicht nur schneller, sondern auch mehr sind flexibler als andere Techniken.
Icon Genetics hat auch den offenen Brief an die WHO unterzeichnet. Schillberg bringt den Gemütszustand der internationalen Wissenschaft auf den Punkt: „Alle, die sich mit der Erforschung der molekularen Landwirtschaft befassen, finden es schade, dass die WHO Grund hat, die Möglichkeit zu bestreiten, ein Medikament zu erhalten, das auf neue Weise hergestellt wird und so schnell verfügbar ist dass sie für die Wissenschaft unverständlich sind.“
„Sucht die Tabakindustrie nach Alternativen zur Zigarettenproduktion, und die WHO verweigert sie dann? Wäre der Impfstoff statt in Nicotiana benthamiana in Kopfsalat hergestellt worden und hätte Iglo statt in Phillipp Morris mitinvestiert, hätte niemand etwas dagegen gesagt … Bisher (Stand Mai 2022) reichte das Protestschreiben aus internationaler Wissenschaftler ist von der WHO unbeantwortet geblieben.
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Experten sind jedoch zuversichtlich, dass die Zulassung des Impfstoffs einen wesentlichen Beitrag zur Etablierung der molekularen Landwirtschaft in der Biotechnologie leisten wird. “Ich denke, diese Veranstaltung ist eine offene Tür: Einerseits für andere Unternehmen, um neue Produkte zu platzieren, und andererseits für Investoren, in pflanzliche Produkte zu investieren”, sagte Rita Abranches während einer Pressekonferenz der International Research Gesellschaft für Molekulare. Farming (International Society for Molecular Plant Farming, ISPMF) im Mai 2022.
Der Molekularbiologe ist Projektleiter des Labors für Pflanzenzellbiologie ITQB NOVA, einem Forschungsinstitut der Universität Lissabon. Er erklärt den symbolischen Wert des Durchbruchs, der von der WHO-Entscheidung nicht berührt wird: „Die kanadische Zulassung bringt Hoffnung und Chancen für unsere gesamte molekulare Landwirtschaftsgemeinschaft, wie es Protalix BioTherapeutics of Israel 2012 mit der Gaucher-Krankheit und 2014 mit ZMapp gegen das Ebola-Virus getan hat. Denn die positiven Ergebnisse schaffen langfristiges Bewusstsein.«
Medizin aus Moos
Schillberg stimmt zu. Mit ihr und vielen anderen Co-Autoren veröffentlichte Rita Abranches 2021 im Plant Biotechnology Journal eine zweiteilige ausführliche Übersicht darüber, was die molekulare Landwirtschaft gegen viele der endemischen, epidemischen und pandemischen Infektionskrankheiten tun könnte, von denen Milliarden von Menschen betroffen sind. Es gibt jedoch noch viele Hindernisse zu überwinden; einschließlich der “industriellen Trägheit”, die derzeit noch eine weit verbreitete kommerzielle Einführung und einen groß angelegten koordinierten internationalen Einsatz von Impfstoffen und anderen biotechnologischen Erzeugnissen behindert.
»Klinische Studien kosten viel Geld. Und das muss von privaten Investoren kommen“ (Ralf Reski, Universität Freiburg)
Diese Erfahrung machte auch Ralf Reski, Professor für Pflanzenbiotechnologie an der Universität Freiburg. Er ist auch Unterzeichner des offenen Briefes an die WHO und Gastgeber der letzten ISPMF-Konferenz mit dem Schwerpunkt Molekulare Landwirtschaft mit Moosen. Moose können durch Gentechnik menschliche Proteine produzieren, oft mit höherer Qualität und Reinheit als tierische Zellen; in diesen Fällen spricht man von „biobetter“.
Ein Beispiel ist der menschliche H-Faktor, ein komplexes Plasmaprotein-Glykoprotein, das die Regulation des angeborenen Immunsystems beeinflusst. Faktor-H-Mangel kann zu übermäßigen Entzündungen und Gewebeschäden führen, weshalb Reskis Team intensiv an der biotechnologischen Herstellung dieses Moleküls im Moos-Bioreaktor arbeitet. Anders als Tabakpflanzen vermehren sich Moose nicht in Gewächshäusern, sondern in Bioreaktoren, ähnlich denen, die zur Produktion tierischer Zellen verwendet werden. „Damit verbindet die Molekulare Landwirtschaft in Moosen das Beste aus zwei Welten: Pflanzen und mikrobielle oder tierische Produktionssysteme“, erklärt Reski.
Mit dieser Technologie als Basis gründete er 1999 das Greenovation-Unternehmen Biotech, das 2020 in Eleva umbenannt wurde. Reski hofft, dass H Factor auch gegen Long Covid helfen kann und Eleva plant, baldmöglichst mit klinischen Studien zu beginnen. Doch um ein neues Medikament auf den Markt zu bringen, muss es zunächst drei klinische Phasen durchlaufen: eine Sicherheitsprüfung, die mehrere hundert Millionen Euro kostet. Und deshalb braucht das Unternehmen private Investoren.
Das Unternehmen erreichte 2015 einen Meilenstein, als es die offizielle Genehmigung für die erste klinische Studie eines in Moos hergestellten menschlichen Proteins erhielt. Dabei handelte es sich um das Enzym α-Galactosidase zur Behandlung der Stoffwechselstörung Morbus Fabry. Diese klinische Studie war sehr …