Medizin

Sie krabbeln oder fliegen und sind uns meistens lästig. Doch Forscher wissen, dass in den Millionen Insektenarten der Erde eine riesige Apotheke schlummert – ihre Substanzen wirken oft besser als chemische Arzneien.

Der Professor wühlt mit wachsender Begeisterung in der zähen braunen Pampe einer Jauchegrube eines mittelhessischen Bauernhofs. Er sieht dabei sehr zufrieden aus. Andreas Vilcinskas, Direktor des Instituts für Phytopathologie und Angewandte Entomologie der Justus-Liebig Universität Gießen (JLU) ist sich für diesen müffelnden Drecksjob nicht zu schade. Mit einem langen Kescher stochert er in den Untiefen der tierischen Exkremente nach einem wertvollen Schatz, der vielen Menschen schon bald das Leben retten könnte: Rattenschwanz-Larven. Sie erinnern entfernt an überdimensionierte, langgezogene Spermien. Aus ihnen schlüpft eine Schwebfliegenart, die Erstaunliches vermag.

Das auch »Mistbiene« genannte Insekt trotzt dem tödlichen Mix etlicher Krankheitserreger in Jauche und Gülle. Die Larven werden rund 20 Millimeter groß und fühlen sich in stinkenden Untiefen am wohlsten, wo sie Bakterien und Fauliges aus dem Wasser filtern. Über ein Atemrohr, das sie teleskopartig bis zu zehn Zentimeter lang ausfahren können, holen sie Luft von der Wasseroberfläche – in diesem Moment erwischt sie der Forscher am besten.

»Wo die leben, gedeiht kein anderes Tier. Keines hat ein derart robustes Immunsystem, um unter diesen Bedingungen zu existieren«, erklärt Vilcinskas, ein Pionier auf dem noch jungen Gebiet der Insekten-Biotechnologie. Genau das macht die Larven der Mistbiene für ihn so interessant: »Wir wollen klären, warum sie in extrem feindlicher Umgebung wie sauerstofflosen, mit Mikroben belasteten Gewässern, Abwasserrohren und Jauchegruben überleben können. Mit diesem Wissen wollen wir dann Wirkstoffe entwickeln, mit denen Infektionskrankheiten behandelt werden können.«

Damit sind Vilcinskas und sein Team schon recht weit gekommen: Bereits 19 Eiweiße haben sie gefunden, mit denen die Insekten schlagkräftig Mikroorganismen abwehren. »Einige davon können auch in der Humanmedizin verwendet werden. Daher bin ich guter Dinge, dass die Tiere bald zu wertvollen Lieferanten für die Pharmaindus­trie werden. In ihnen steckt für die Entwicklung neuer Medikamente ein unglaubliches Potential«, schwärmt Vilcinskas. So hat er einige Eiweiße gefunden, die sich gegen multiresistente Bakterien zur Wehr setzen können – das wäre besonders für die Eindämmung der manchmal tödlich endenden Krankenhausinfektionen eine große Hoffnung. Dafür nimmt der Professor schon mal in Kauf, dass ihm der penetrante Güllegeruch auch noch drei Tage nach seinem Bauernhofbesuch in der Nase steckt.

In seinem sauberen und geruchsneutralen Gießener Labor dagegen testet der Insektenforscher Schritt für Schritt verschiedene Immunreaktionen der Mistbienen, indem er ihnen Bakterien injiziert, die ihr Abwehrsystem anregen. Daraufhin analysiert er, welche Gene im Zellkern aktiv werden, um den Angriff der Krankheitserreger abzuwehren. Durch den Vergleich mit nicht infizierten Insekten lässt sich exakt nachweisen, welche Gene für die Medizin eine Rolle spielen könnten. Diese werden wiederum in Boten-RNA übersetzt, aus dem Zellkern ausgeschleust und in Eiweiße überführt. Auf diese Weise lassen sich die Eiweiße später in großen Mengen auch künstlich herstellen. Weitere Tests klären, ob sie gegen Infektionen wirken, Malaria bekämpfen oder gar bösartige Tumore in Schach halten.

»Wir sind bisher das einzige Team in Europa, das gezielt die Insekten-Biotechnologie in Präparate umsetzen wird«, erklärt Vilcinskas. Unter seiner Führung wurde kürzlich mit Fraunhofer-Forschern eine Allianz gebildet, die rasch Wirkstoffe für die Medizin, aber auch für den Pflanzenschutz und für Lebensmittel finden soll (siehe Kasten S. 30). Ein viel­versprechender Ansatz, wie Rainer Fischer, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie in Aachen, erläutert: »Insekten sind die erfolgreichsten Tiere der Erde: Mit über einer Million beschriebenen Arten zeigen sie die mit Abstand größte Vielfalt aller Organismen auf unserem Planeten. Von diesem Erfolg in der Evolution wollen wir lernen.«

Von dem Kleingetier versprechen sich die Forscher vor allem einen Ausweg aus dem Problem der stetig zunehmenden Antibiotika-Resistenzen. Neben der Mistbiene liefert auch die Schmeißfliege Lucilia sericata Wirkstoffe, die bereits seit Jahren erfolgreich in der Therapie schwer heilender entzündeter Wunden eingesetzt werden, bei denen Antibiotika nicht mehr helfen. Aus den Larven der Fliegen gewonnene Wirksubstanzen töten resistente Krankheitserreger ab und verdauen abgestorbenes Gewebe, ohne dabei gesundes Gewebe zu zerstören. Patienten, deren Zustand aussichtslos schien, genesen auf diese Weise erstaunlich schnell. »Wir nennen das Biochirurgie«, sagt Vilcinskas.

Ziemlich reaktionsstark sind auch spezielle Eiweiße der Großen Wachsmotte Galleria mellonella, die die starken Gifte von Cholera- und Wundbranderregern neutralisieren können. Keine Frage: In Insekten schlummern ungeahnte Möglichkeiten für eine Medizin, die mit der herkömmlichen Entwicklung neuer Moleküle für neue Wirkstoffe immer häufiger an Grenzen stößt. Die Quelle der Insekten scheint unerschöpflich – und die Forscher stehen erst am Anfang.

»Etliche Insektenarten beherbergen eine Vielzahl biologisch aktiver Naturstoffe sowie Bakterien und Pilze, die für die Medizin von großer Bedeutung sind«, schwärmt Konrad Dettner. Er ist Professor für Tierökologie an der Universität Bayreuth und ergründet seit Jahren die Chancen der Insektenmedizin. »Vor allem Forscher in Asien haben das früh begriffen. Dort erleben altbekannte und neu entdeckte Substanzen eine Hochkonjunktur«, berichtet Dettner. Sein Credo: »Käfer können Leben retten!«

Wie groß die Chancen sind, legt allein die ungeheure Artenvielfalt nahe, die weit über die der Pflanzenwelt hinausgeht. »Schätzungsweise acht Millionen Insektenarten, die längst nicht alle erforscht sind, stehen nur etwa 250 000 Pflanzenarten gegenüber«, erklärt Konrad Dettner. Das Reservoir von Abwehrstoffen und Giften in den krabbelnden, fliegenden und blutsaugenden Tierchen scheint schier unerschöpflich zu sein.

Dettners Forscherteam arbeitet sogar an einem Mittel gegen Krebs. Gewonnen wird es aus dem Blut einer Kurzflügelkäfer-Art der Gattung Paederus. Die geheimnisvolle und zuweilen gefährliche Substanz heißt Pederin. Ein Gift, mit dem die Käferweibchen ihre Eier versehen, um diese vor Spinnen zu schützen. Beim Menschen kann die Substanz zu Erblindung oder heftiger Entzündung der Haut führen. Doch richtig dosiert, wirkt Pederin als Zellgift, das Tumore bekämpft. Das haben die Forscher im Labor nachgewiesen. Bis der Tumorhemmer im Einsatz ist, wird es aber noch einige Jahre dauern.

Konrad Dettner nimmt auch anderes Getier aus dem Kleinkosmos unter die Lupe, etwa Springschwänze, Wasser- oder Bockkäfer. »Immer geht es darum, die in den Insekten enthaltenen Naturstoffe zu ergründen und aus ihnen Bakterien und Pilze zu isolieren, die sonst nirgendwo vorkommen«, erklärt der Entomologe.

Pharma-Konzerne weltweit erforschen diese Bioressourcen. Es lockt ein Milliardenmarkt. Das britische Biotechnologie-Unternehmen Evolutec hat sich bereits einen Wirkstoff patentieren lassen, der aus Zecken gewonnen wird. Mit ihm können sich Menschen künftig gegen die von Zecken übertragene Lyme-Borreliose impfen lassen. Eine Infektionskrankheit, die jedes Organ befallen kann, oft unerkannt bleibt und schlecht behandelbar ist. Betroffene leiden unter Erschöpfung, Nerven-, Muskel- und Gelenkschmerzen.

Wesentlicher Helfer, um die Substanzen auf ihr humanmedizinisches Potential abzuklopfen, ist die Massenspektroskopie. Durch dieses physikalische Verfahren lassen sich auch kleinste Stoffmengen analysieren. Sogar Moskito-Spucke. Diese sehr spezielle Flüssigkeit nahmen sich Forscher der University of Technology im australischen Sydney vor und stießen auf einen Wirkstoff, den die Stechmücken benötigen, um Tiere und Menschen zur Ader zu lassen. Der Mückenspeichel sorgt dafür, dass nach dem Stich der Blutfluss aus der Wunde des Opfers aufrechterhalten wird. Eine Wirkweise, die künftig Herzkranken zugute kommen soll: Ihre verengten Arterien werden durch das Medikament erweitert, damit das Herz wieder besser mit Blut versorgt werden kann. In Tierversuchen wurden bereits gute Ergebnisse erzielt.

Gerade das Beispiel von Moskito-Spucke deutet jedoch auf ein zentrales Problem der Insekten-Medizin: Woher die für Medikamente nötigen Mengen nehmen? »Wirkstoffe aus Pflanzen zu gewinnen ist im Unterschied zu Insekten einfach, zumal man sehr viele absolut gleichartige Tiere benötigt«, erklärt Dettner. Riesige Insektenschwärme zu züchten und auszusaugen ist kein praktikabler Weg. Daher muss das Genom jeder für die Medizin interessanten Substanz entschlüsselt werden, damit sie gentechnisch vervielfältigt und im Industriemaßstab hergestellt werden kann.

Mit dem weitverbreiteten Wirkstoff Hirudin gelang das schon sehr gut. Er wurde vor Jahren aus Blutegeln isoliert, die damit Gerinnsel bei ihren Wirten unterbinden. Mittlerweile wird Hirudin in großen Mengen künstlich in Hefezellen gezüchtet. Die daraus gewonnenen Präparate werden unter anderem gegen Venenentzündungen eingesetzt und verringern das Risiko von Blutgerinnseln nach Operationen.

»Es werden immer mehr unglaublich spannende Arbeiten auf diesem Gebiet veröffentlicht, sodass in den kommenden Jahren die Insektenmedizin an Bedeutung gewinnen wird«, ist sich Dettner sicher. Vielversprechend seien vor allem Arten aus extremen Lebensräumen wie die Larven der Mistbiene, die im Gestank der Gülle prächtig gedeiht. Insofern hat der Professor aus Bayreuth volles Verständnis für die Ausflüge seines Gießener Kollegen zu Güllegruben. Denn in ihnen könnte eine neue Ära der Medizin beginnen.