Die Riffe der Weltmeere sind Schauplatz eines unerbittlichen Kampfs um knappen Lebensraum. Korallen, Schwämme, Krustenanemonen, Seegurken und Schnecken haben zwar keine Zähne, Krallen oder Stacheln, trotzdem wissen sie sich zu wehren: Sie verfügen über ein gigantisches chemisches Arsenal, mit dem sie Nachbarn auf Abstand halten, zurückdrängen oder gar töten können.

Bioaktive Substanzen nennen Wissenschaftler diese Naturstoffe. Mit den giftigen Cocktails schützen sich die Riffsiedler vor gefrässigen Fischen und anderen Räubern und verhindern, dass ihre Aussenhaut von Algen, Bakterien und anderen Kleinstorganismen bewachsen wird.

Doch die hochwirksamen Giftstoffe spielen nicht nur eine wichtige Rolle in den kämpferischen Auseinandersetzungen der Meeresbewohner – sie finden zunehmend auch Eingang in die pharmazeutische Forschung. Denn viele der «chemischen Kampfmittel» sind von medizinischem Nutzen. So produzieren etwa Schwämme, Seescheiden und Nacktschnecken Wirkstoffe, die zur Tumorbekämpfung eingesetzt werden können. Hornkorallen wiederum enthalten entzündungshemmende Verbindungen. Ausserdem wurden Substanzen entdeckt, die das Wachstum von Krebszellen hemmen, Aidsviren bekämpfen, Entzündungen heilen können oder gegen Malaria-Erreger wirken.

Grosses Potential für Medikamente

Vielversprechend ist das Gift der Kegelschnecken, das beim Beutefang zum Einsatz kommt. «Kegelschnecken sind eine wahre Fundgrube neuer Wirkstoffe. Ihr Gift ist ein komplexer Cocktail hochspezifischer und aussergewöhnlich wirksamer Substanzen, sogenannter Conotoxine», erklärt der Neurophysiologe Heinrich Terlau, der an der Christian-Albrechts-Universität Kiel und an der Universität Lübeck die Wirkmechanismen von Schneckengiften untersucht. «Jede der 500 bekannten Kegelschnecken hat ein artspezifisches Gift, bestehend aus bis zu 200 verschiedenen Conotoxinen. Man schätzt daher, dass es weit über 50'000 dieser Substanzen gibt – und fast alle sind noch unerforscht.»

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Die wenigen untersuchten Conotoxine der Kegelschnecke geben allerdings Anlass zu grosser Hoffnung. Eines ist schon als Schmerzmittel zugelassen und soll tausendfach stärker wirken als Morphium (siehe unten: «Marine Wirkstoffe»), andere werden inzwischen klinisch getestet.

Weltweit fahnden Naturstoffchemiker nach neuen biochemischen Substanzen aus dem Meer. Die Zahl der entdeckten marinen Naturstoffe liegt im hohen fünfstelligen Bereich, und jedes Jahr werden es mehr. Ein besonders grosses Spektrum biologisch aktiver Substanzen entwickeln Schwämme, die ältesten vielzelligen Tiere. Forscher gehen davon aus, dass rund 10'000 Schwammarten existieren; die meisten sind noch gänzlich unerforscht. Fündig werden die Forscher auch an unwirtlichen Orten. So haben beispielsweise die Bodenfauna der Arktis und die der Antarktis eine beeindruckende Vielfalt an chemischen Schutzstoffen entwickelt.

Doch von der Entdeckung einer Verbindung bis zu ihrer Anwendung als Arznei ist es ein langer Weg. Die aus den Meeren gewonnenen Tiere werden zunächst entweder zu Brei verarbeitet oder gefriergetrocknet und staubfein zermahlen. Dann werden die Inhaltsstoffe mit Lösungsmitteln extrahiert und Zellkulturen beigefügt, etwa Haut- oder Lungenkrebs-Zellkulturen. Sterben die Kulturen ab oder wird ihr Wachstum gehemmt, hat die Behandlung mit den Extrakten oder dem Tierbrei Wirkung gezeigt. Jetzt erst beginnt die Suche nach dem dafür verantwortlichen Stoff.

Quelle: Manuela Kirschner
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Suche nach der Nadel im Heuhaufen

Extrakte oder Brei können jedoch Hunderte von in Frage kommenden Verbindungen enthalten. So vergehen oft Monate mit der chemischen Auftrennung des Gemischs, bis die Reinsubstanz isoliert ist. Allein für die vielen Tests sind grössere Mengen einer bioaktiven Substanz nötig. Und schafft es die Verbindung von den klinischen Tests bis zur zugelassenen Arznei, muss der Nachschub gewährleistet sein.

Eine Möglichkeit ist, den Wirkstoff im Labor synthetisch nachzubauen. Das misslingt bei sehr komplexen Molekülen jedoch oft. Man kann die Substanz aber auch von Bakterien produzieren lassen. Diesen Weg beschreitet zum Beispiel Werner Müller, Molekularbiologe an der Universität Mainz: «Die für die Synthese dieser Moleküle benötigten Erbinformationen, also die Gene, müssen identifiziert und isoliert werden. Anschliessend müssen diese Erbinformationen in Bakterien übertragen werden, die dann die gewünschten Stoffe in ausreichend grossen Mengen produzieren.» Mit dieser eleganten Methode wird schon seit langem Insulin hergestellt. Müllers Arbeitsgruppe wandte sie erfolgreich in der Herstellung eines einzigartigen Biomaterials an, des Biosilikats. Dieses dient Schwämmen als Skelett- und Gerüstsubstanz. «Biosilikat kann in fast unbegrenzter Menge nachhaltig hergestellt werden», sagt Müller. «Jüngst konnte gezeigt werden, dass es sich für den Einsatz in der Biomedizin eignet – vor allem in der Zahnmedizin, aber auch als Knochenersatzmaterial und sogar bei der Osteoporose-Prophylaxe.»

Eine dritte Möglichkeit besteht darin, die bioaktive Substanzen produzierenden Tiere im Labor oder in Aquakulturen zu züchten. Das funktioniert aber bei vielen Meeresbewohnern nicht.

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Oft sind die technischen Schwierigkeiten zu gross und die Kosten zu hoch. Das bedeutet in der Regel selbst für vielversprechende Wirkstoffe das Aus. Ein prominentes Beispiel ist das aus einem Schwamm gewonnene Avarol, einst ein Hoffnungsträger im Kampf gegen die Immunschwächekrankheit Aids. Das HIV-Medikament hatte es schon bis zur klinischen Studie gebracht, doch die künstliche Produktion des Naturstoffs scheiterte an der komplexen Molekülstruktur.

Unbeschadet zurück ins Meer

Natürlich könnte man die Stoffe direkt aus dem Meer gewinnen. Doch das verbietet sich in der Regel aus Artenschutzgründen, denn schon für kleinste Wirkstoffmengen braucht es meist unzählige Tiere. So wurden für klinische Studien in den 1990er Jahren an der Küste Südkaliforniens 13 Tonnen einer bestimmten Seescheide gesammelt – für 18 Gramm Wirkstoff.

Eine erfolgreiche Ausnahme bildet die kalifornische Meeresschnecke (Meguratha crenulata), aus deren Lymphflüssigkeit ein blauer Blutfarbstoff gewonnen wird. Dafür versetzt man die Schnecken in Kälte-narkose und saugt ihnen Lymphe ab. Anschliessend entlässt man sie praktisch unbeschadet wieder ins Meer. Im Labor wird aus dem Blutfarbstoff in mehreren Schritten das Antikrebsmittel Immunocyanin gewonnen. Unter dem Warenzeichen Immucothel ist es bereits in mehreren Ländern als Arzneimittel gegen Harnblasenkrebs zugelassen.

Im Einsatz: Produkte aus Wirkstoffen dieser Meeresbewohner sind schon zugelassen

Mangroven-Seescheide

(Ecteinascidia turbinata)

Quelle: Manuela Kirschner
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  • Mariner Wirkstoff: Trabectedin
  • Wirkung: antitumoral
  • Eingesetzt bei Weichteilsarkom (bösartiger Bindegewebstumor)
  • Arznei: Yondelis

Kegelschnecke

(Conus magus)

Quelle: Manuela Kirschner

  • Mariner Wirkstoff: Ziconotid
  • Wirkung: schmerzstillend
  • Eingesetzt bei starken chronischen Schmerzen (z.B. bei Krebspatienten)
  • Arznei: Prialt

Hornkoralle

 (Pseudopterogorgia elisabethae)

Quelle: Manuela Kirschner
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  • Mariner Wirkstoff: Pseudoperosin
  • Wirkung: entzündungshemmend
  • Eingesetzt bei Hautkrankheiten Produkte: Hautcreme im Handel, Arznei wird noch geprüft

Rotalgen

(diverse)

Quelle: Manuela Kirschner

  • Mariner Wirkstoff: Carragelose
  • Wirkung: antiviral
  • Eingesetzt bei trockener und gereizter Nasenschleimhaut
  • Arznei: Coldamaris prophylactic

Samtschnecke

(Elysia rufescens)

Quelle: Manuela Kirschner
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  • Mariner Wirkstoff: Kahalalide F
  • Wirkung: antitumoral
  • In Prüfung als Arznei gegen verschiedene Krebsarten
  • Status: klinische Studie

Moostierchen

(Bugula neritina)

Quelle: Manuela Kirschner

  • Mariner Wirkstoff: Bryostatin 1
  • Wirkung: antitumoral
  • In Prüfung als Arznei gegen verschiedene Tumortypen
  • Status: klinische Studie

Marine Wirkstoffe: Linderung aus dem Meer

Der riesige Fundus an medizinischen Wirkstoffen aus Meerestieren wird erst seit wenigen Jahrzehnten erfasst, und nur ein winziger Teil dieser natürlichen Wirkstoffquelle ist bislang untersucht worden.

Erste Erfolge feierte man Mitte der fünf­ziger Jahre, mit der Herstellung eines Antiherpesmittels auf Basis der Sub­stanz Ara-A, die von einem Meeresschwamm stammt. Rund 50 Jahre später wurde mit Ziconotid ein Wirkstoff aus einem Meerestier als Arznei zugelassen: Die Kompo­nente aus dem Gift einer Kegelschnecke (Conus magus) wird synthetisch hergestellt und kommt unter dem Handels­namen Prialt als hochwirksames Schmerzmittel, besonders bei Krebspatienten, zum Einsatz. Es wirkt tausendfach stärker als Morphium – und das ohne Suchtpotential. Ebenfalls auf dem Markt ist Trabectedin aus einer Seescheide (Ecteinascidia turbinata); unter dem Namen Yondelis wird es gegen das Weichteilsarkom, eine be­son­ders aggressive Krebsart, eingesetzt.

Immunocyanin, gewonnen aus einer ­Meeresschnecke (Meguratha crenulata) und in anderen Ländern als Immucothel gegen Harnblasenkrebs im Einsatz, ist in der Schweiz noch nicht zugelassen. Ebenso Carragelose, ein antiviraler Wirkstoff aus einer Rotalge, der in einem Nasenspray namens Coldamaris prophylactic enthalten ist.

Eine Reihe weiterer Wirkstoffe wird derzeit entwickelt und getestet. Zwei Beispiele: Das von Moostierchen stammende Bryostatin 1 schädigt Tumorzellen und wird in klini­schen Stu­dien an verschiedenen Tumortypen getestet; Kahalalide F, entdeckt in der Schnecke Elysia rufescens, jedoch von Bakterien produziert, kann Krebszellen abtöten und befindet sich in der klinischen Prüfung als Wirkstoff gegen Prostatakrebs.