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Konventioneller Tabak, traditionell als Rohstoff für die Zigarettenherstellung verwendet, ist nun Gegenstand innovativer wissenschaftlicher Forschung geworden. Mithilfe moderner Gentechnik ist es Wissenschaftlern gelungen, der Pflanze die Fähigkeit zu verleihen, fünf verschiedene psychedelische Substanzen zu synthetisieren, die zuvor von anderen Organismen in der Natur produziert wurden.
Psychedelika kommen in der Natur in verschiedenen Formen und Ursprüngen vor: Psilocybin beispielsweise wird von Zauberpilzen produziert, die Inhaltsstoffe von Ayahuasca werden aus tropischen Pflanzen gewonnen, und Bufotenin ist ein Geheimnis der Frösche. Tabak hat sich nun zu einem vielseitigen Bioreaktor entwickelt, der diese Substanzen durch geschickte Genmanipulation synthetisieren kann und damit neue Horizonte in der Biotechnologie eröffnet.
Seit über sechzig Jahren erforschen Wissenschaftler die biochemischen Prozesse, die an der Bildung von Halluzinogenen in verschiedenen Pflanzen und Organismen beteiligt sind. Sie haben detaillierte biochemische Stoffwechselwege für einige psychedelische Substanzen aufgeklärt, wobei Psilocybin eine besondere Stellung einnimmt.
Eine der wichtigsten Entdeckungen war eine vor zwei Jahren veröffentlichte Studie unter der Leitung von Asaf Aharoni vom Weizmann Institute of Science. Sie entschlüsselten den vollständigen chemischen Stoffwechselweg für die Bildung des Halluzinogens in Peyote-Kakteen, ausgehend von der Aminosäure L-Tyrosin – ein Durchbruch im Verständnis der natürlichen Synthese von Psychedelika.
Einen neuen Beitrag auf diesem Gebiet leisten Aharoni und die Biochemikerin Paula Berman vom Volcani Center for Agricultural Research. Sie untersuchten die Synthesemechanismen von N,N-Dimethyltryptamin (DMT), der wichtigsten psychedelischen Verbindung im traditionellen Ayahuasca-Getränk, das von Amazonas-Schamanen aus der Chakruna-Pflanze (Psychotria viridis), einer Verwandten des Kaffees, zubereitet wird.
Die Wissenschaftler analysierten den DMT-Gehalt verschiedener Pflanzen und wählten zwei Arten mit hohem DMT-Gehalt für eine detaillierte Untersuchung aus: Psychotria viridis und den australischen Baum Acacia acuminata. Sie untersuchten die Aktivität von Genen in DMT-produzierenden Geweben, um die für die Synthese verantwortlichen Enzyme zu identifizieren.
Die Forscher identifizierten zwei Schlüsselgene – PvTDC2 und PvNMT1 – und führten sie in Tabakpflanzen ein. Dadurch erhielten die veränderten Pflanzen die Fähigkeit, DMT zu produzieren. Paula Berman merkte an, dass die chemischen Reaktionen in diesem Prozess recht einfach seien, was die Synthese für weitere Anwendungen besser vorhersagbar und verständlich mache.
Da Tabak von Natur aus reich an Tryptophan ist, einer Aminosäure, die für die Synthese von Psychedelika benötigt wird, versuchten die Forscher, das Spektrum der produzierten Substanzen zu erweitern. Sie fügten die Fähigkeit hinzu, Psilocybin und seine Vorstufe sowie Bufotenin und 5-Methoxy-DMT zu produzieren, Halluzinogene, die von der Sonora-Wüstenkröte (Incilius alvarius) aus Drüsen hinter ihren Augen abgesondert werden.
Sie stießen jedoch auf das Problem einer zu geringen 5-Methoxy-DMT-Produktion. Um diese Herausforderung zu bewältigen, nutzte das Team AlphaFold3, ein KI-Tool, das die dreidimensionale Struktur von Proteinen anhand von Aminosäuresequenzen vorhersagt. Dies half ihnen, die Ursache für die ineffiziente Funktion des Enzyms zu identifizieren.
Nach gezielter Mutation des Enzyms erhöhte sich die Menge an 5-Methoxy-DMT im Tabak um das 40-fache, was einen bedeutenden Durchbruch bei der Steigerung der Produktivität der Synthese darstellt.
Das ehrgeizigste Experiment war die Züchtung einer Tabakpflanze, die gleichzeitig fünf verschiedene Psychedelika produzieren kann. Diese einzigartige Leistung ist wissenschaftlich neuartig, ihr praktischer Nutzen jedoch durch die geringen Konzentrationen der einzelnen Substanzen begrenzt.
Andrew Jones, ein Experte für Bioingenieurwesen an der Universität von Miami, der nicht an der Forschung beteiligt war, sagt, dass die industrielle Produktion von Psychedelika wahrscheinlich die Verwendung von Mikroben im Labor beinhalten wird, aber er räumt das Interesse einiger Enthusiasten an der Möglichkeit ein, gleichzeitig mehrere Psychedelika in Tabak herzustellen.
Die Autoren betonen, dass, bevor gentechnisch veränderter Tabak eine verlässliche Quelle für pharmazeutische Psychedelika werden kann, eine Reihe komplexer Aufgaben gelöst werden müssen. Dazu gehört die Entwicklung effektiver Methoden zur Verarbeitung der Pflanze und zur Extraktion der Wirkstoffe in ausreichender Menge und Qualität.
Heute stellt die Verwendung von Mikroben zur Herstellung von DMT und anderen psychoaktiven Substanzen im industriellen Maßstab eine realistischere Option dar, da sie einen kontrollierten und skalierbaren Prozess ermöglicht.
Diese Forschung zeigt, dass selbst traditionelle Nutzpflanzen wie Tabak zu effizienten Produzenten komplexer psychedelischer Substanzen umgewandelt werden können. Sie eröffnet neue Möglichkeiten für das Bioengineering durch die Kombination von Gentechnologien mit natürlichen biochemischen Prozessen.
Die Technologie zur Herstellung von gentechnisch verändertem Tabak, der Psychedelika produziert, birgt zwar großes Potenzial, erfordert aber auch sorgfältige Sicherheits- und ethische Überlegungen. Es ist wichtig, die potenziellen Risiken des Konsums solcher Substanzen sowie die rechtlichen Bestimmungen in verschiedenen Ländern zu berücksichtigen.
Diese Studien haben gezeigt, dass gentechnisch veränderter Tabak als vielseitiger Bioreaktor für die Synthese verschiedener Psychedelika dienen kann. Dies eröffnet nicht nur neue Perspektiven in der pharmazeutischen Industrie, sondern unterstreicht auch die Bedeutung eines interdisziplinären Ansatzes im Bioengineering.
Weitere Schritte in diesem Bereich erfordern sowohl wissenschaftliche als auch regulatorische Anstrengungen, um die Sicherheit und Wirksamkeit neuer Biotechnologien zu gewährleisten.
