Wirkstoffe aus Abfällen

Mit Ernteresten und KI zu neuen Medikamenten

Stand: 13.10.2026 11:07 Uhr

In manchen Pflanzen stecken medizinische Wirkstoffe gegen die großen Krankheiten unserer Zeit. Das Problem ist allerdings ihre Seltenheit: Zu aufwendig und kostspielig sind daher viele Verfahren, um sie zu gewinnen. An der Uni Halle suchen Forscher nach einer innovativen Lösung: Sie wollen diese Wirkstoffe aus pflanzlichen Abfällen produzieren.

von Max Fallert

Im Hopfen stecken Superkräfte – leider nicht genug

Sie stecken in vielen, aber nicht allen Pflanzen, und wir kennen sie besonders gut beim Hopfen: Spezielle Stoffe, die Mikroorganismen abwehren, die Pflanze vor Fressfeinden schützen oder Bestäuber anlocken. Einer dieser Stoffe beim Hopfen hat den exotischen Namen „Xanthohumol“. Auch der Oberbegriff ist kompliziert; er scheint die komplexe Bedeutung im Leben der Pflanze zu unterstreichen: Prenylierte phenolische Verbindungen.

Einfacher ist die Bezeichnung „sekundäre Pflanzenstoffe“. Wichtig ist: Primärstoffe wie Zucker und Proteine halten die Pflanze am Leben, Sekundärstoffe helfen ihr, mit ihrer Umwelt zurechtzukommen. Sie erbringen spezielle Anpassungsleistungen, sind biologisch hoch aktiv und zeigen auch besondere Wirkungen bei Erkrankungen.

Sekundäre Pflanzenstoffe können das Nervensystem stimulieren und gegen Alzheimer vorbeugen, das Wachstum von Krebszellen hemmen, Entzündungsprozesse regulieren und gegen Diabetes helfen. Das zeigen Untersuchungen auf Zellebene. Wenn man nur in ausreichender Menge an sie rankäme.

Vom Acker ins Labor: Reststoffe für die Medizin von morgen

Hier kommt Mohamed Nagia von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg ins Spiel. Um die Kräfte aus der Pflanze zu gewinnen, arbeitet der Pharmazeut mit Abfällen aus der Lebensmittelproduktion und der Papierindustrie.

Diese Reststoffe sind Apfeltrester und Lignin. Lignin bleibt in der Papierindustrie übrig. Apfeltrester bei der Herstellung von Saft: "In Deutschland werden 400 bis 500 Millionen Liter Apfelsaft im Jahr produziert und dabei fallen bis zu 250.000 Tonnen Apfeltrester an", erklärt der Wissenschaftler. Genug Ausgangsmaterial für seine Forschung ist also vorhanden.

Unser Motto: Keine Reststoffe, wir nennen es Ausgangsmaterialien. Mohamed Nagia, Pharmazeut Uni Halle

In beiden Stoffen stecken Bausteine und Vorläufer der sekundären Pflanzenstoffe. Mohamed Nagia will diese Bausteine miteinander verbinden und umwandeln. Und das macht er mit Hilfe von Enzymen. Wenn in der Natur Prozesse schnell und zielgerichtet ablaufen sollen, dann sind Enzyme am Werk – und auch für die Bildung der sekundären Pflanzenstoffe gibt es spezielle Enzyme.

Mit Künstlicher Intelligenz auf der Suche nach der Stecknadel

Nur, wie findet man die richtigen? Allein im Menschen sind tausende unterschiedliche Enzyme aktiv. In der Forschungswelt existieren große Datenbanken mit vielen Kandidaten. Es ist die sprichwörtliche Suche nach der Stecknadel im Heuhaufen, erzählt Mehdi Davari aus der Forschungsgruppe Computerchemie vom Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie aus Halle.

Aber heutzutage gebe es Abhilfe: "Wir können nicht jede Möglichkeit im Labor testen, deshalb benutzen wir KI-Algorithmen: Die KI durchsucht Daten und schlägt uns die besten Enzyme vor." Künstliche Intelligenz unterstützt die Forscher beim digitalen Design von passenden Enzymen: Nur die geeignetsten Kandidaten werden dann im Labor getestet. Das spart Geld und Zeit. So entsteht eine digitale Plattform, die auch für andere Enzym-Prozesse eingesetzt werden kann.

Tatsächlich ist es den Forschern in diesem Projekt schon gelungen, ein passendes Enzym zu finden: So können sie aus den Bausteinen im Apfeltrester und Lignin die wertvollen sekundären Pflanzenstoffe erzeugen.

Nächster Schritt: Neue Fabriken auf Zellebene

Die Enzyme sollen nun in molekulare Zellfabriken eingesetzt werden. Das sind, vereinfacht gesagt, biotechnologisch veränderte Hefezellen: Deren Stoffwechsel wurde so angepasst, dass sie die sekundären Pflanzenstoffe in größerer Menge produzieren.

Das Ziel seiner Forschung beschreibt der Pharmazeut Mohamed Nagia als einen Werkzeugkasten: Mit unterschiedlichen Werkzeugen soll die Pharmaindustrie zügig und in großen Mengen wertvolle Wirkstoffe als Basis für Medikamente produzieren – mit Reststoffen vom heimischen Acker.

Bioökonomie für den Strukturwandel

Die Region im Süden Sachsen-Anhalts steigt in den nächsten zehn Jahren aus der Kohleindustrie aus. Forschungsprojekte wie diese sollen den Strukturwandel erleichtern, erklärt Klaus Pillen, Agrarwissenschaftler von der Uni Halle: "Sie tragen dazu bei, dass eine ausgedehnte Wertschöpfung stattfinden kann". Nach dem Apfelsaft kommen die Wirkstoffe. Agrarunternehmen können mit ihren Resten neue Absatzmärkte in der Chemie- oder Pharmaindustrie finden.

Da steckt mitunter mehr Wert drin als im Apfel selbst. Klaus Pillen, Agrarwissenschaftler Uni Halle

Pillen koordiniert den Verbund "Digitalisierung pflanzlicher Wertschöpfungsketten" mit rund 20 Forschungsprojekten: Der Acker ist hier Ausgangspunkt für Innovationen und Wirtschaftswachstum. 100 Millionen Euro hat die Bundesregierung aus Mitteln für den Kohleausstieg dafür bereitgestellt. Aus den Projekten soll eine Modellregion der Bioökonomie entstehen.

Bioökonomie beschreibt das Vorhaben, fossile Ausgangsstoffe in der Wirtschaft durch nachwachsende Rohstoffe zu ersetzen. In der Baubranche, der Chemieindustrie oder eben der Pharmazie.

"Die Bioökonomie ist längst zu einem starken Wirtschaftsfaktor in Mitteldeutschland geworden", schreibt der BioEconomy e.V. auf Anfrage von MDR WISSEN. Mehr als 2.600 Menschen arbeiten in der Region in Forschung und Industrie daran, Ressourcen im Kreislauf zu halten. Ganz nach dem Motto von Mohamed Nagia: Es sind keine Reststoffe, sondern Ausgangsmaterialien.