MÖGLICHKEITEN ZUR PRODUKTION VON ARZNEISTOFFEN DURCH PFLANZLICHE GEWEBEKULTUREN¹

Abstract

Plant cell or callus tissue cultures have been used with great success in theoretical problems of biological research as well as in the field of applied biology i. e. horticulture and agriculture. Therefore tissue of medical plants should be useful subjects in solving problems of pharmaceutical biology, the area of biogenic medicaments. Especially this may be of importance for the production of such substances which cannot be synthesized by chemistry in sufficient amounts economically. The technique of tissue cultures may bring advantages similar to such known from biomethods in producing antibiotics.

To induce biogenesis of secondary compounds within calluses in the same way as in intact plants there must be answered a lot of principal questions. At first it is necessary to know conditions under which secondary metabolites are biosynthesized at all. Secondly it is important to force such pathways which enlarge the yield of substances wanted. Both problems together with many others are problems of regulation within the molecular level. To date there is no answer how to separate morphological from biochemical differentiation and how to stabilize the biochemical potential of tissue cultures. The relative concentrations of phytohormones seem to play an important role in this field of regulation between the metabolism of primary and secondary compounds. – Examples from the Würzburg Institute of Pharmaceutical Biology (i. e. production of hyoscyamine/atropine and scopolamine in Duboisia–tissue; synthesis of the thebaine in Papaver–bracteatum–tissue and of indole-alkaloids in Catharanthus– tissue) support the reflections about this new field of biological research.

Zusammenfassung

Nach dem erfolgreichen Einsatz pflanzlicher Gewebekulturen in der biologischen Grundlagenforschung und auf verschiedenen Gebieten der angewandten

Forschung (u. a. im Nutz– und Zierpflanzenbau) lag es nahe, nach Möglichkeiten zu suchen, Pflanzenkalli auch als Produzenten pharmazeutisch wichtiger und chemisch–synthetisch – zumindest im wirtschaftlichen Maßstab – nicht zugänglicher Arzneistoffe zu verwenden. Ihre Bildung durch Zellkulturen würde gegenüber der Isolierung aus angebauten oder wild vorkommenden Pflanzen sicherlich manche Vorteile bringen. Nicht zuletzt wäre ein industriell mögliches Verfahren automatisierbar und damit preisgünstig. Wichtig ist es, in den Geweben solche Biogenesewege zu fördern, die die Ausbeute an den gewünschten Substanzen im Vergleich zur Biomasse erhöhen. Das setzt allerdings voraus, daß die Regulationsmechanismen, die zur Sekundärstoff–Biosynthese führen, besser bekannt sind als es zur Zeit der Fall ist. Eines der Probleme bei der Anwendung von Geweben als Sekundärstoffproduzenten ist die Antwort auf die Frage, wie Naturstoffe dieser Art ohne morphologische Differenzierung der Zelle gebildet werden. In der intakten Pflanze ist bekanterweise in den meisten Fällen die Fähigkeit zur Bildung von Sekundärstoffen eine biochemische Differenzierung, die der morphologischen synchron verläuft oder ihr folgt. – An Hand von Beispielen aus der Würzburger Arbeitsgruppe (u. a. Bildung von Hyoscyamin/Artopin und Scopolamin durch Duboisia–Gewebe; Synthese von Thebain durch Papaver–bracteatum–Gewebe; Bildung onkolytischer Alkaloide durch Catharantbus–Gewebe) werden die hier angeschnittenen theoretischen und praktischen Fragen der Arzneistoffproduktion durch pflanzliche Gewebekulturen erörtert. Dabei wird besonders auf die Steuerung dieser Metabolismen durch spezifische Phytohormorelationen hingewiesen.