Gesundes Leben

Die Medizin hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. Bei der Herstellung zahlreicher Medikamente kommt Biotechnologie zum Einsatz.

Ein Eiweißbaustein als Multitalent

Bildung von Cystinkrisallen. Das von Bakterien (violett) produzierte Cystein wird in der Nährflüssigkeit zu Cystin umgewandelt.
Bildung von Cystinkrisallen. Das von Bakterien (violett) produzierte Cystein wird in der Nährflüssigkeit zu Cystin umgewandelt. © Wacker Chemie AG

Der Eiweißbaustein Cystein, eine Aminosäure, kommt gleich in mehreren Branchen zur Anwendung. Cystein ist unter anderem ein wichtiger Zusatz für Schleim lösende Erkältungsmedikamente. Als Inhaltsstoff von Gesundheitsprodukten schützt er vor Krebs erregenden Substanzen; als künstliches Fleischaroma wird er vegetarischen Lebensmitteln zugesetzt. Bis vor kurzem konnte Cystein industriell nur mit Hilfe konzentrierter Salzsäure aus Haaren, Federn, Hufen oder Schweineborsten herausgelöst werden. Heute gewinnt man es auch aus einem optimierten Bakterium – mit einer beeindruckenden Bilanz: Gegenüber dem herkömmlichen Verfahren konnte die Cystein-Produktion um 30 Prozent gesteigert werden, wobei nur 4 Prozent der sonst benötigten Menge an Salzsäure gebraucht wird. Da man auf tierisches Material als Quelle gänzlich verzichten kann, entfällt außerdem das Risiko einer Produktverunreinigung mit Krankheitserregern etwa von BSE oder Vogelgrippe.​

Sicher behandeln mit körpereigenen Wirkstoffen

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Etwa 400.000 Menschen leiden weltweit an der Bluterkrankheit (Hämophilie). Die meisten Betroffenen können aufgrund eines Erbleidens den Blutgerinnungsfaktor VIII, ein körpereigenes Eiweiß, nur in unzureichender Menge oder überhaupt nicht bilden. Das hat zur Folge, dass Blutungen nur ungenügend gestillt werden können. Bis Anfang der Neunzigerjahre musste Faktor VIII ausschließlich aus menschlichem Blut gewonnen werden, um Patienten mit dieser Krankheit behandeln zu können. Dabei besteht jedoch das Risiko einer Verunreinigung des Medikaments mit gefährlichen Viren, wie zum Beispiel. HIV oder Hepatitis-Erregern sowie unbekannten menschlichen Viren. Die biotechnologische Herstellung soll dieses Risiko ausschließen. Der genetische Bauplan für den menschlichen Faktor VIII konnte in das Erbgut von Säugetierzellen übertragen werden. Diese Zellkulturen werden im Labor gezüchtet, wo sie den Faktor VIII in höchster Qualität produzieren. Wissenschaftlich stellt dies einen großen Durchbruch dar, denn Faktor VIII ist das komplexeste menschliche Eiweiß, das bislang gentechnisch in industriellem Maßstab produziert werden konnte. Ein mit diesem Verfahren hergestelltes Produkt ist hoch konzentriert und braucht deshalb in nur 2,5 ml Wasser gelöst werden. Für den Patienten, der sich das Medikament selbst injizieren muss, bedeutet dies eine sehr große Erleichterung, denn andere Präparate haben ein vielfach größeres Volumen​.

Seltene Heilmittel verfügbar machen

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Auch bei der Behandlung der Zuckerkrankheit (Diabetes) sind biotechnologische Verfahren von zentraler Bedeutung. Acarbose, ein seltener Naturstoff zur Behandlung der Zuckerkrankheit, konnte früher nur in sehr geringen Mengen von einem bestimmten Bakterienstamm hergestellt werden. Biotechnologen ist es gelungen, die Leistungsfähigkeit dieses Bakteriums zu optimieren, so dass deutlich mehr Acarbose produziert wird. Dadurch steht der Wirkstoff Diabetikern nun in ausreichender Menge und Reinheit zur Verfügung. Das Medikament kann in Tablettenform zur Dauertherapie der Zuckerkrankheit eingenommen werden. Bei Patienten, deren Körper das Kohlenhydrat Glucose nicht richtig verwerten kann, verzögert oder verhindert der Wirkstoff sogar die Entwicklung eines vollständigen Altersdiabetes (Typ 2-Diabetes).​

Wirkung steigern, Nebenwirkungen vermeiden

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Bei der chemischen Herstellung von Arzneimittelwirkstoffen können zwei Formen einer Substanz entstehen: Obwohl sie aus den gleichen Atomen bestehen, verhalten sie sich in der räumlichen Struktur zueinander wie Bild und Spiegelbild oder wie „rechte Hand“ und „linke Hand“. Sie können sehr unterschiedliche Wirkungen oder auch Nebenwirkungen haben. Deshalb ist es in der Pharmazie oftmals erwünscht, nur eine Form herzustellen. Dies kann mit den Mitteln der klassischen Chemie sehr schwierig und aufwändig sein. In Mikroorganismen dagegen laufen solche Prozesse perfekter ab als in jedem Labor der Welt: Enzyme – also Eiweißstoffe, die biochemische Reaktionen bewirken – bevorzugen ganz speziell nur eine der beiden möglichen Formen und wandeln diese ohne Nebenprodukte um. Deshalb werden isolierte Enzyme heute zunehmend in der Wirkstoffproduktion eingesetzt, um Medikamente wirksamer zu machen und unerwünschte Nebenwirkungen zu verringern.

Gesunde Stoffe - angenehm verpackt

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Fischöle und Algenextrakte enthalten wertvolle Fettsäuren (Omega-3-Fettsäuren), die die Zusammensetzung unserer Blutfette positiv beeinflussen und uns vor Arterienverkalkung, Herzinfarkt oder Schlaganfall schützen. Deshalb werden die Fettsäuren vielen gesundheitsfördernden Lebensmitteln zugefügt. Weil sie jedoch nach Fisch schmecken und riechen oder auch ranzig werden können, werden sie chemisch „verpackt“. Dazu verwendet man bestimmte Zuckerverbindungen (Cyclodextrine), die auf biotechnologischem Weg aus Stärke hergestellt werden. Diese haben die Form einer unten offenen Eistüte und können zahlreiche Stoffe als „Gast“ in ihrem Inneren aufnehmen. Weiterhin kann man sie auf Textilfasern fest verankern und dann zur Abgabe von Geruchsstoffen nutzen. Wird ein derart behandelter Plüschteddy liebevoll gedrückt, gibt er angenehmen Duft ab oder in Zukunft vielleicht sogar heilsames Pfefferminzöl zur Linderung von Erkältungen.

Für Fragen und Anregungen nehmen Sie gerne Kontakt mit uns auf.

Ansprechpartner

Dr. Ricardo Gent

E-Mail: gent@dib.org

Stanislaus Koch

E-Mail: s.koch@dib.org