Hallenser Forschungsprojekt Pflanzliche Wunderwaffe Ferulasäure einfach hergestellt

Verbesserte Gedächtnisleistung, Hautschutz, Weizenbiergeschmack - die Ferulasäure scheint ein wahres Wunderwerk der Natur zu sein. Hallenser Forschern ist es nun gelungen, ihre Inhaltsstoffe einfach und günstig von Mikroorganismen produzieren zu lassen.

Asant (Ferola asa foetida)
Der (Stink)-Asant (Ferula assa-foetida), auch Teufelsdreck genannt, ist eine der Pflanzen, aus denen die Ferulasäure bisher aufwändig gewonnen wurde. Bildrechte: imago images / imagebroker/siepmann

Bereits 2018 war Forschern aus Halle und Magdeburg ein Durchbruch gelungen bei der Identifikation des Wirkstoffs in der Rosenwurzelpflanze, der gegen Demenz helfen soll: ein Ester der Ferulasäure. An Fruchtfliegen wurde die Wirkung in einer Studie bewiesen. Bei ihnen konnte die Lernleistung um 24 Prozent gesteigert werden, wie Prof. Markus Pietzsch vom Institut für Pharmazie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) erklärt.

Von Kosmetik bis Weizenbier

Prof. Martin Pietzsch von der Uni Halle
Prof. Martin Pietzsch von der Uni Halle. Bildrechte: TGZ Halle GmbH/Marco Warmuth

Der Hallenser Wissenschaftler leitet inzwischen ein vom Bundesforschungsministerium mit 1,5 Millionen Euro über drei Jahre gefördertes Projekt, bei dem Möglichkeiten zu einer vereinfachten Herstellung der Ferulasäure erforscht werden.

"Die Säure kommt in unterschiedlicher Form in sehr vielen verschiedenen Pflanzen vor", erläutert Ludger Wessjohann, ebenfalls Professor an der MLU und Abteilungsleiter für Natur- und Wirkstoffchemie am Hallenser Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie, das an dem Forschungsprojekt auch beteiligt ist. 

Bisher musste die Ferulasäure aufwändig mithilfe von Lösungsmitteln und Hitze aus Produktionsrückständen von Mais, Weizen oder Reis extrahiert werden. Die Bedeutung der organischen Verbindung rührt daher, dass sie u.a. Ausgangsstoff für Aromen wie Vanillin ist, dazu wird sie für Kosmetika (siehe unten) und Duftstoffe verwendet, sowie bei der Weizenbierbrauung.

Ein Glas mit Weizenbier vor dem hügeligen Panorama des Bergischen Landes in der Nähe von Eckenhagen
Die Ferulasäure ist als Bestandteil von Malz wichtig für die Bierherstellung. Durch ihre Reaktion mit obergäriger Hefe verleiht sie dem Weizenbier sein typisches Aroma. Bildrechte: imago/Manngold

Wunderwerk Ferulasäure Die Ferulasäure ist eine chemische Verbindung, die Pflanzen produzieren, um sich vor Fressfeinden und Krankheitserregern zu schützen. Ihre antioxidativen und entzündungshemmenden Eigenschaften werden etwa in der Kosmetik genutzt - besonders für Sonnencremes -, da sie in der Lage ist, freie Radikale aus der UV-Strahlung zu binden. Auch bei Anti-Aging- und Akne-Mitteln kommt sie zum Einsatz.

Für die Produktion von künstlichem Vanillin ist die Ferulasäure ebenfalls ein wichtiger Bestandteil. Da der Bedarf an dem Aromastoff, der natürlicherweise aus der Vanilleschote gewonnen wird, weltweit stark ansteigt, kommt einer "naturidentischen" Herstellung per Biotransformation etwa von Ferulasäure immer größere Bedeutung zu.

Und schließlich verleiht die Ferulasäure auch dem Weizenbier sein typisches Aroma. Dies geschieht über eine Reaktion mit obergäriger Hefe, durch die die Substanz 4-Vinylguajacol gebildet wird, deren Aroma an Gewürznelke erinnert.

Töpfchen mit Creme
Für viele Hautpflegeprodukte wird die Ferulasäure benötigt. Bildrechte: imago/imagebroker

Produktion im industriellen Maßstab in Leuna geplant

alter Flakon mit Etikett Vanillin
Auch für die Produktion von Vanillinsäure ist die Ferulasäure ein wichtiger Bestandteil. Bildrechte: imago/Panthermedia

Pietzsch und Wessjohann ist es nun gelungen, die Ferulasäure biotechnologisch mithilfe von Mikroorganismen herzustellen. Dafür isolierten sie für die Produktion der Säure wichtige Enzyme und veränderten E.coli-Bakterien so, dass sie diese Enzyme herstellen können - fertig ist die künstliche Ferulasäure.

Aktuell geht es um die Produktion in einem größeren Maßstab. Darum soll sich in Zukunft mit Katja Patzsch die ehemalige Doktorandin von Martin Pietzsch kümmern, die mittlerweile am Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse (CPB) in Leuna arbeitet. Das CBP verfügt über Fermentationsanlagen, die bis zu 10.000 Liter fassen. "Das ist die Vorstufe für die industrielle Produktion", erklärt Patzsch.

cdi