„Pflanzen produzieren oft einen ganzen Cocktail von Wirkstoffen“, erklärt Prof. Dr. Jakob Franke vom Institut für Botanik an der LUH. Auch die untersuchten Gewächse seien dafür ein gutes Beispiel: Einige ihrer Inhaltsstoffe wirken entzündungshemmend, andere beruhigend oder sogar als Insektizid. Die Schlafbeere etwa ist in der ayurvedischen Medizin bekannt dafür, Stress zu reduzieren und den Schlaf zu verbessern.

Genomvergleich legt Schlüsselregion offen

Ziel des Forschungsteams unter der Leitung von Prof. Dr. Jakob Franke (LUH) und Prof. Dr. Boas Pucker vom Institut für Zelluläre und Molekulare Botanik an der Universität Bonn war es, die pflanzlichen Stoffwechselwege besser zu verstehen. Dafür analysierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mithilfe bioinformatischer Methoden zunächst die Genomsequenz von Pflanzen, die Withanolide produzieren. Anschließend verglichen sie diese mit der von verwandten Nachtschattengewächsen, die keine solchen Steroide bilden.

„Dafür haben wir die Genomsequenzen von Withanolid-bildenden Arten mit denen anderer Nachtschattengewächse, die keine Withanolide bilden, verglichen“, so Prof. Boas Pucker. Im Erbgut identifizierten die Forschenden schließlich einen Bereich, der für die Bildung der Withanolide verantwortlich ist.

Modellorganismen als Produktionshelfer

Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde der Anfang des Withanolid-Stoffwechselwegs in Modellorganismen übertragen – unter anderem in Bäckerhefe und in Nicotiana benthamiana, einer australischen Tabakpflanze, die häufig in der Pflanzenforschung zum Einsatz kommt. „Ähnlich wie bei einem Legosatz bauen wir Schritt für Schritt aus einfachen Bausteinen komplexe Moleküle nach“, beschreibt Prof. Franke das Vorgehen. „Damit können wir in den Modellorganismen einfache Withanolidverbindungen produzieren.“

Bedeutung für medizinische Anwendungen

Die Ergebnisse gelten als wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur vollständigen Aufklärung des Stoffwechselwegs von Withanoliden und deren zukünftiger Nutzung in der Medizin. Die neuen Erkenntnisse fließen nun in den weiteren Verlauf des Projekts ein.

Beteiligte Institutionen und Förderung

Neben den Universitäten Hannover und Bonn waren auch die Technische Universität Braunschweig sowie die Tanta-Universität in Ägypten an der Studie beteiligt. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert das noch bis 2026 laufende Projekt mit rund 511.000 Euro.

Originalpublikation
Hakim, S. E., Choudhary, N., Malhotra, K. et al. (2025). Phylogenomics and metabolic engineering reveal a conserved gene cluster in Solanaceae plants for withanolide biosynthesis. Nature Communications, 16, 6367. DOI: 10.1038/s41467-025-61686-1

Quelle: Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn