Biotechnologie: Moleküle, Technik, Therapien (1. Teil)

von Wiebke Heiss / MEDICA.de

Waschmittel, käferresistente Pflanzen, Medikamente - Chemie, Physik, Biologie – auf dem Land, zu Wasser, in der Luft. Biotechnologie ist überall, denn sie ist eine der interdisziplinärsten Forschungsrichtungen überhaupt – und hilft Ärzten im Kampf gegen bisher noch nicht behandelbare Krankheiten.15.11.2008

Die Idee ist immer dieselbe: Forscher schauen sich biologische Vorgänge an, sie analysieren Mechanismen und Substanzen und versuchen diese nachzuahmen, herzustellen, für sich einzusetzen – mit der Hilfe neuester Technologien. Dabei geht es recht bunt zu: Es gibt die weiße, die blaue oder die grüne Biotechnologie – abhängig davon, ob sie in der Industrie, im Meer oder in der Landwirtschaft eingesetzt wird.

Dreht es sich um Medizin, sprechen Experten von der roten Biotechnologie und meinen damit Produkte und Techniken wie Proteine, Antikörper, Enzyme, Stammzellen, Zellen- und Gewebekulturen oder die Gentherapie. Eines der berühmtesten Beispiele, das mit biotechnischen Verfahren hergestellt wird, ist Insulin. Jahrzehntelang gewann man das Hormon aus Rinder- oder Schweinebauchspeicheldrüsen. Dafür starben viele Tiere und Diabetiker litten unter Abwehrreaktionen ihres Immunsystems. Das tierische Insulin ist mit dem menschlichen nicht identisch. Seit Gentechniker das menschliche Insulingen entdeckten, schleust man es nun in Bakterien oder Hefepilze ein. Die fungieren als kleine Helfer und übernehmen die Produktion der menschlichen Variante.

Medizin aus dem Meer

Der Krieg gegen Krebs, Multiple Sklerose, Rheuma oder Alzheimer wird an vielen Fronten geführt. Die Biotechnologie beteiligt sich mit der Suche nach neuen Substanzen aus der Natur und wirft seit Jahren auch einen genauen Blick ins kühle Nass. „Im Meer existiert mehr Leben als auf dem Land, die Biodiversität ist höher, es gibt viel mehr Viren oder Bakterien“, erklärt Professor Werner Müller von der Universität Mainz. Das liegt am besonderen Medium Wasser. Es ist dicht, bietet dadurch viel Lebens- und Evolutionsspielraum. „Das Leben im Meer ist vielfältiger“, fügt der Molekularbiologe hinzu. Da Meeresbewohner quasi in der Schwebe existieren, nehmen sie alle erdenklichen Formen an. Schließlich brauchen sie nur wenig starres Skelett.

Der Schwamm ist so ein skuriles Beispiel. Auf der ganzen Welt sitzt er auf Steinen, Felsen oder Riffen rum, saugt ständig Wasser in seinen weichen Körper und pustet es gefiltert wieder raus und hat Familienmitglieder, die nur wenige Millimeter groß sind, andere aber bis zu drei Meter. "Sechs Milliarden Bakterien können Schwämme täglich durch ihren Körper filtrieren", erklärt Müller. Um sich gegen diese Schädling-Heerschar zu schützen, braucht es ein äußerst effizientes Immunsystem.

Und tatsächlich: Schwämme produzieren chemische Substanzen, von denen man an Land noch nichts gehört hat. Dazu kommen Abwehrstoffe von Mikroorganismen, die mit dem Schwamm leben, und die sich auch gegen giftige Bakterien und Pilze wehren müssen. Schwämme sind also eine Biotech-Ressource. In Deutschland startete man deshalb das Verbundprojekt Biotecmarin für die Erforschung der blauen Biotechnologie - eines der Ziele: Medizin aus dem Meer.

Mit Biochips kommt man Krankheiten auf die Schliche

Neue Wirkstoffe zu finden ist aber längst nicht alles. Mit der Biotechnologie können Ärzte Krankheiten leichter identifizieren. Besonders hilfreich ist der Biochip. Auf einer kleinen flachen Scheibe – so groß wie ein Fingernagel – führen Forscher einige Dutzend Tests auf einmal durch. Gen-Chips helfen bei der Suche nach bestimmten oder mutierten DNA- und RNA-Stücken, Protein-Chips tun dasselbe mit Proteinen. Die Resultate geben Aufschluss über Maladien.

Das könnte auch bei Morbus Wilson funktionieren. An der Universität Münster arbeitet Hartmut Schmidt an einer schnelleren und einfacheren Diagnose der Erbkrankheit. Das ist wichtig, weil Betroffene geheilt werden können. „Es gibt eine effektive Therapie, nach der Erkrankte völlig beschwerdefrei leben können“, erklärt der Leiter der experimentellen Transplantationshepatologie. „Morbus Wilson muss aber rechtzeitig diagnostiziert werden. Sonst stirbt man daran.“ In der Regel im Alter von zwölf bis 16 Jahren. Morbus Wilson ist ein Gendefekt, durch den der Körper Kupfer nicht ausscheiden kann – sammelt sich zu viel von dem Metall in der Leberzelle an, dann stirbt die ab.

Fluoreszenz als Chip-Sprache
© Schmidt

Bisher war es kompliziert und nicht ganz ungefährlich, Morbus Wilson zu diagnostizieren. Proben müssen aus der Leber entnommen werden, dabei kann es zu Blutungen kommen, dann erst werden zahlreiche Tests durchgeführt. Eine einfache Blutprobe wäre aber schon alles, was der Arzt braucht, wenn er die Krankheit mit einem Gen-Chip nachweisen könnte. Allerding setzt ein solcher Chip eine Menge genetisches Wissen voraus. Und genau das hat Schmidt: „Wir haben viele Informationen über Morbus Wilson, die andere nicht haben.“ Die sind in einer Datenbank gespeichert und umfassen 1.730 DNA-Proben von Betroffenen aus der ganzen Welt – von Deutschland über China und Iran bis nach Kanada.

So war es Schmidt und seinem Team möglich, fast 200 genetische Merkmale zu identifizieren, die nun in Docking-Stationen auf einem Gen-Chip sitzen. „Gibt man eine Patientenprobe auf den Chip, dann leuchtet es dort auf, wo ein Treffer gelandet wurde“, erklärt Schmidt. Mit einer Software erfasst ein Computer das Signalraster und rechnet aus, ob Morbus Wilson vorliegt oder nicht - egal ob in Thailand oder Usbekistan, die Methode soll auf dem ganzen Globus funktionieren „Unser Chip ist ein weltweiter Chip“, behauptet Schmidt. Morbus Wilson-Mutationen unterscheiden sich nämlich - zwischen Kontinenten, aber auch schon zwischen Ländern wie Deutschland und Polen.

- 1. Teil: Moleküle, Technik, Therapien
- 2. Teil: Gezielter Angriff auf die Bösen
- 3. Teil: Herzmuskel aus der Schale