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Bakterien liefern vielseitigen Rohstoff für die Pharmaindustrie

25.11.2002
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Chitosan

Bakterien liefern vielseitigen Rohstoff für die Pharmaindustrie

von Wolfgang Kämmerer, Homburg

Obwohl Experten der Substanz eine große Zukunft in der Medikamentenherstellung prophezeien, gelang es bislang nicht, Chitosan in der erforderlichen Reinheit zu produzieren. Fraunhofer-Forscher der Projektgruppe Gentechnik in Hannover am Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) haben jetzt ein zum Patent angemeldetes gentechnisches Verfahren entwickelt, das umweltschonend Chitosan in definierter Qualität für medizinische Anwendungen liefert.

Chitosan ist ein Naturrohstoff, der bislang überwiegend auf chemischem Weg aus den Chitinpanzern von Schalentieren und Pilzen gewonnen wurde. Die Substanz ist in der Kosmetik-, Nahrungs- und Düngemittelindustrie weit verbreitet. Aber auch Pharmakonzerne und die Abwassertechnik setzen auf den Naturstoff.

Als Stützmaterial bringt Zellulose Pflanzen in Form. Bei Pilzen und Schalentieren übernimmt Chitin seit Millionen von Jahren diese Aufgabe. Während die Medizinmänner der nordamerikanischen Indianerstämme schon früh die wundheilende Wirkung zermahlenen Chitins erkannten, und man sich im alten China seine konservierenden Eigenschaften zunutze machte, galt das Naturprodukt bei uns bis in die jüngste Zeit als Abfall und diente allenfalls als Tierfuttermittelzusatz. Weil Chitin aber jährlich weltweit in einer Größenordnung von 20 Milliarden Tonnen anfällt und damit zu den häufigsten Naturstoffen überhaupt zählt, weckte es, wenn auch spät, das Forschungsinteresse westlicher Wissenschaftlicher.

Inzwischen hat sich Chitin als Wundauflage in chirurgischen und auf Verbrennungen spezialisierten Kliniken bewährt, weil es Schmerzen stillt und Entzündungen hemmt. Bestimmte Zuckerbausteine des Chitins, so fanden die Forscher heraus, hemmen auch das Wachstum von Pilzen, Bakterien und Würmern. Damit ist es als Düngemittel mit Pestizidwirkung prädestiniert.

Filter für Schwermetalle

Löst man den Kalk aus dem Chitin, erhält man das stark positiv geladene Chitosan, das in der Lage ist, unterschiedliche Stoffe in Flüssigkeiten zu binden. So wird beispielsweise heute Schwermetall belastetes Wasser mit Chitosan gereinigt. Mit dem Stoff lassen sich aber auch Fruchtsäfte aufbereiten, Papiere schützen, Kosmetika eindicken, Nahrungsmittel stabilisieren, Saatgut schützen oder Haare und Schuhe glänzend machen. Seine fettbindenden Eigenschaften bewirbt derzeit die Fit- und Wellnessindustrie, die Abnehmwilligen Chitosan als Trendprodukt schmackhaft zu machen versucht.

Die Medizin schätzt seine Blutfett lösenden Eigenschaften zur Vorbeugung von Herzinfarkten. Neueste Forschungen deuten darauf hin, dass mit Chitosan umhüllte Tabletten ihre Wirkstoffe exakt zeitlich definiert abgeben und dass es sogar Schleimhäute durchlässig für Wirksubstanzen machen kann. So könnte manches Medikament schon bald in Form eines Sprays zur Verfügung stehen, wie zum Beispiel ein Tetanus-Impfstoff, den Professor Dr. Maria-José Alonso an der Universität von Santiago de Compostela mit Unterstützung der Weltgesundheitsorganisation (WHO) entwickelt.

Krabbenschalen nur bedingt geeignet

Zunächst muss Chitosan aber als definiertes Produkt in höchster Reinheit hergestellt werden, was bislang im Ansatz erst aus Pilzen möglich ist, nicht aber aus den Unmengen jährlich anfallender Schalen aus der Fischerei. Dort nutzt man, wie bei der Demonstrations-Anlage in Büsum an der Westküste Schleswig-Holsteins, aufwändige chemische Prozesse, die nur bedingt umweltverträglich sind.

Die von Fischern angelandeten Krabbenschalen werden zerkleinert, ihre Farbstoffe in einem Kaliumpermanganat-Bad ausgewaschen. Salzsäure löste im Anschluss den Kalk heraus, kochende Natronlauge sprengt die Acetatgruppen und spaltet Essigsäuremoleküle ab. Dabei kann es passieren, dass das Chitosan "verkocht". Um definierte Produkte liefern zu können, müssen die einzelnen Schritte langwierig aufeinander abgestimmt werden. Einfacher wäre eine natürliche Lösung.

Die hat nun Christian Schmalz am IGB Hannover mit Blick auf die Chitosan-Gewinnung aus Pilzen gefunden. Dort zerlegen Enzyme in einem natürlichen Prozess das Chitin. In Japan ist so bereits ein Industriezweig entstanden, der mit enzymatischen Prozessen Chitosan aus Pilzkulturen gewinnt.

Pilzenzyme nutzt auch Uwe Englisch, Professor an der Fachhochschule Lübeck, um Chitosan aus Krabbenschalen zu lösen. Wegen des Artenunterschiedes bleiben allerdings Proteine am Chitosan haften, die wegen möglicher Unverträglichkeiten einen medizinischen Einsatz nur bedingt erlauben. Fraunhofer-Forscher Schmalz hat nun nachgeschaut, welche Bruchstücke im Erbmaterial von Pilzen für den Aufbau der Chitosan spaltenden Enzyme verantwortlich sind und hat deren Sequenzen, also die Abfolge der Aminosäure-Bausteine, katalogisiert. "Dann haben wir in Zusammenarbeit mit einer Arbeitsgruppe von Meeresbiologen aus Emden auf dem Meeresboden nach Bakterien gesucht, deren Enzyme natürlicherweise das Chitin zerlegen", berichtet er.

Durch Vergleich von Pilz- und Bakterien-DNA fand Schmalz das verantwortliche Gen und baute es in das Erbmaterial der sich schnell vermehrenden Bakterien ein. "Sie liefern nun Enzyme in ausreichend großen Mengen, um hochreines Chitosan auf natürlichem Weg aus Krabbenschalen zu gewinnen", meint Schmalz, der das von ihm gefundene Bakterien-Gen zum Patent angemeldet hat und jüngst in Stuttgart mit dem Hugo-Geiger-Preis der Fraunhofer-Gesellschaft ausgezeichnet wurde.

Der Hannoveraner Biochemiker will nun einen geeigneten Biorektor entwickeln, in dem Bakterien Chitosan für medizinisch-pharmazeutische Anwendungen produzieren. Damit sind die Weichen für den großzügigen Einsatz in der Pharmabranche gestellt. Top

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