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The sugar beet is one of the more recent arrivals on the fields of the world’s temperate zones, not least because it took until the 18th century for German plant breeders to significantly increase the sugar content of fodder beet. Once this had been achieved, the groundwork was laid for the industrial production of sugar. Today, about one third of the sugar consumed worldwide derives from sugar beet (Beta vulgaris), generating an annual turnover of around €25 billion. Beet is also used in the production of bioenergy, including bioethanol.

In every single sugar beet, the eponymous sugar is newly synthesised from the ground up via the process of photosynthesis. The sugar that can be stored in a modern and harvestable plant accounts for around 18% of the fresh weight of the plant. This valuable ingredient is concentrated in hollow spaces in the cells of the beet, the so-called ‘collecting vacuoles’. Until recently however, it was not known how the sugar accumulates in these vacuoles.

Tracking down the sugar transporters

The precise functioning of structures for sugar transportation in beet has been the focus of a Germany-wide collaborative project titled ‘Betamorphosis’, which was headed by plant biochemist Ulf-Ingo Flügge at the University of Cologne. The universities of Erlangen, Kaiserslautern and Würzburg as well as the industrial divisions of Südzucker AG and KWS Saat AG were also involved in the project, which was funded with nearly €1.9 million over a period of three and a half years by the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) within the scope of the initiative ‘Plant 2030'. The overarching objective: to increase the yield and sugar content of beet.

“In essence, it’s all about source-sink relationships,” summarises Ulf-Ingo Flügge. Sucrose is produced in the leaves - the photosynthesis organs of the plant. The plant researchers refer to them as the ‘source’. This photosynthesis product is then transported away from the leaves through the capillaries of the plant and into the storage tissue. In the case of sugar beet, this tissue is the taproot – also referred to as the ‘sink tissue’.

The efforts of breeders to further increase sugar yields from beet using conventional breeding eventually came up against their natural limits. However, the causes of these limits remained unclear: are the leaves unable to produce any more sugar, or have the storage capacities of the beet been reached? “In the case of the potato, we have previously demonstrated that increasing the sink capacity can considerably increase the starch content. We achieved this through an overexpression of two transporters proteins at the site of starch production in the tuber,” says Flügge.

Traditionelles Heilwissen ist in der Kultur vieler Länder Afrikas bis heute tief verwurzelt. Viele Jahre von der evidenzbasierten Medizin vernachlässigt, stehen die Geheimnisse der Medizinmänner heute in der pharmazeutischen Forschung hoch im Kurs. Auf der Suche nach Wirkstoffen für neue Antibiotika oder Krebsmedikamente gewinnen immer mehr Heilpflanzen an Bedeutung. So fanden Wissenschaftler vor einigen Jahren in dem strauchähnlichen Baum Phyllanthus engleri Substanzen, die Epilepsie, Husten, Bauchschmerzen und sogar Nierenkrebs heilen könnten.

Heilpflanzen aus Botswana, Äthopien und Tansania

In einem neuen internationalen Forschungsprojekt wollen Wissenschaftler der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) nun gemeinsam mit der University of Botswana, der Addis Ababa University in Äthiopien und der University of Health and Allied Sciences in Tansania in afrikanischen Gewächsen nach Heilkräften gegen Aids, Tuberkulose und Wurmerkrankungen suchen. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem Akademischen Auslandsdienst in den kommenden vier Jahren mit insgesamt 800.000 Euro unterstützt.

Den Wirkstoffen auf der Spur

Im Fokus stehen dabei Pflanzen, die in den Ländern Äthiopien, Botswana und Tansania bereits medizinisch genutzt werden. "Wir wollen ökologisch gefährdete, therapeutisch wirksame und kommerziell nutzbare Pflanzen zunächst identifizieren und schließlich kultivieren", erklärt Projektleiter Peter Imming vom Institut für Pharmazie der MLU. Bei der Suche nach den Heilpflanzen arbeiten die Hallenser Forscher mit dem Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie in Halle zusammen. "Unser Ziel ist, wissenschaftlich zu begründen, welche Inhaltsstoffe für die Wirkung der Arzneipflanzen verantwortlich sind", sagt Imming.

Anbau und kommerzielle Nutzung vor Ort geplant

Darüber hinaus hofft das Team um Imming, Pflanzen zu finden, aus denen sich pharmazeutische Hilfsstoffe gewinnen lassen. „Hilfsstoffe sind für die Wirksamkeit von Arzneien essenziell und werden in größeren Mengen benötigt als die eigentlichen Wirkbestandteile", betont er. Hierbei werden die Hallenser von Experten des Instituts für Angewandte Dermatopharmazie sowie von der äthiopischen University in Addis Ababa unterstützt.

Der Plan: Jene Pflanzen die wissenschaftlich als Heilpflanzen identifiziert wurden, sollen später kultiviert und in den afrikanischen Ländern angebaut werden, um den heilenden Wirkstoff vor Ort in großen Mengen für medizinische Zwecke nutzen zu können. "Gelingt es uns, dies nach Abschluss des Forschungsprojekts in unternehmerische Hände vor Ort abzugeben, wäre das ein nachhaltiger Erfolg", so Immig.

bb