Wirkstoffradio (MP3 Feed)

Bernd sitzt diesmal zusammen mit Dr. Annette Schappach und Professor Dr. Dr. Hans-Dieter Höltje, um die letzten Monate ein wenig Revue passieren zu lassen.

Es geht diesmal um einige Punkte, die der Hersteller bei der Zertifizierung von Medizinprodukten  beachten muss, des Weiteren um die Elemente Schwefel und Eisen und deren Oxidationsstufen.

Professor Dr. Dr. Hans-Dieter Höltje bespricht den Wirkstoff des Monats Remdesivir und Bernd den Leibniz-Wirkstoff des Jahres 2020 Malleicyprol, der am Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut in Jena entdeckt wurde.

(Im Podcast gibt es Kapitelmarken, die den Zwischenüberschriften hier im Text entsprechen, so dass es einfacher ist, bestimmte Teile erneut zu hören. Nicht jede Kapitelmarke hat eine Zwischenüberschrift, manchmal fassen wir mehrere Kapitel zusammen.)

Bernd bespricht kurz ein Feedback zu WSR037 Pflaster, Beatmungsgeräte, Implantate: Medizinprodukte einer Hörerin und betont, dass wissenschaftliche Diskussionen durchaus kontrovers sind, daraus jedoch nicht eine Ablehnung der anderen Seite resultieren muss.

Annette führt aus, dass auch schon vor der MDR klinische Studien durchgeführt werden mussten, deren Verwendung jedoch mit der MDR strenger gehandhabt wird.

Annette erzählt kurz, was es mit Periodischen Sicherheitsberichten für Medizinprodukte auf sich hat.

Bernd sagt, dass die Episode WSR036 Das Periodensystem der Elemente, die Episoden mit dem häufigsten Feedback ist.  Ausserdem wurde sie von Lars Naber (auf Twitter @susticle) dem Macher des Astronomie Podcasts Auf Distanz im Rahmen der Sendegarten  Episode SEG103 Landschaftsbau als „blütenschatz“ erwähnt, was ihn sehr gefreut hat.

Außerdem gab es eine Erwähnung im Proton Podcast in der Episode, Proton040 – Gallium – Nuklearsemiotik – Leuchtdioden.

„Mir ist eine Frage einfallen, die ihr mir bestimmt beantworten könnt: Kann ich mir aus dem PSE erschließen (z.B. konkret im Falle des Eisens), warum es sowohl dreiwertig als auch zweiwertig sein kann und wovon hängt das ab? Ähnlich verhält es sich mit dem Schwefel: normalerweise divalent, aber in seltenen Fällen kommt es ja auch multivalent vor. Was sind in beiden Fällen die atomaren Grundlagen für das Auftreten der verschiedenen Formen?“

Bernd liest die Hörerfragen vor und gibt sie an Hans-Dieter weiter.

Hans-Dieter erklärt nochmal detailliert die unterschiedlichen Wertigkeiten bzw. Oxidationsstufen  von Eisen und Schwefel anhand deren Elektronenkonfigurationen im Periodensystem der Elemente.

Hans-Dieter erklärt kurz die physiologischen Unterschiede von Eisen II und Eisen III  bei der Aufnahme in den Körper, dem Transport und der Speicherung und die Bedeutung von Vitamin C für die Eisenmobilisierung.

Remdesivir bekam 2015/16 seine Zulassung als Orphan Drug ursprünglich  für die Behandlung von MERS und Ebola, hat mittlerweile aber auch eine Sonderzulassung für die Behandlung von Covid-19. 2020 laufen eine Reihe von klinischen Studien, um die Wirksamkeit in diesem Zusammenhang genauer zu klären.

Hans-Dieter beschreibt die vier grundlegenden Virentypen: DNS Doppelstränge, DNS Einzelstrang, RNS Einzelstrang Plus (sense) und RNS Einzelstrang Minus (anti-sense). Danach erklärt er die Wirkung des Remdesivir. Dabei handelt es sich um ein Nukleotid, das beim Einbau in die mRNA mit der viralen Polymerase dazu führt, dass die Polymerisationsreaktion abbricht.

Malleicyprol ist der Leibniz-Wirkstoff des Jahres 2020, traditionell wird dieser bei den jährlich stattfindenden Wirkstofftagen des Leibniz-Forschungsverbund „Wirkstoffe und Biotechnologie“ verliehen. Leider sind

2020 die Wirkstofftage der SARS-CoV-2 Pandemie zum Opfer gefallen, sodaß  keine feierliche Zermonie für die Verleihung stattfinden konnte.

2020 geht der Preis an das HKI in Jena in die Gruppe Biomolekulare Chemie von Prof. Dr. Christian Hertweck für die Auklärung der Struktur von Malleicyprol, das einen weiteren Virulenzfaktor der Burkolderia bakterien darstellt.

Burkolderia Bakterien können eine Zoonose auslösen, die in der Regel von Pferden übertragen wird und beim Menschen unbehandelt zu 90% tödlich verläuft. Bei Perden wir diese Rotz oder auch Mürde bzw. Hautwurm genannt, beim Menschen lautet der Name Melioidose und ist vergleichbar mit einen Sepsis.

Abschließend stellt Bernd fest, dass ihn das Thema sehr fasziniert hat, da es sich hier um einen „Wirkstoff“ der Bakterien handelt. Hans-Dieter entgegnet ihm, dass sie ja schon in der ersten Episode des Wirkstoffradios WSR001 Was sind Wirkstoffe? über die Definition von Wirkstoffen gesprochen haben und für Ihn Wirkstoffe etwas positives sind und er es lieber als „Kampfstoff “ der Burholderia Bakterien bezeichnen würde.

Bernd spricht noch kurz über die Blockbeiträge und sagt, dass Kommentare immer herzlich willkommen sind,  dass jedoch Beiträge, die sehr persönliche oder private vor allem medizinische Informationen enthalten, nicht freigeschaltet werden, um die Privatsphäre der Personen zu schützen.

Wir bedanken uns ganz herzlich bei Dr. Annette Schappach und Prof. Dr. Dr. Hans-Dieter Höltje für die Zeit und die anschaulichen Erklärungen .

Wir freuen uns immer über Feedback: per Mail unter [email protected], in den Kommentaren unter den einzelnen Episoden, über Twitter @wirkstoffradio oder auch als Bewertung bei iTunes oder panoptikum.social.

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Bernd und André sind zu Gast am Fraunhofer-Institut für Toxikologie und experimentelle Medizin (ITEM) und sprechen mit Dr. Ulrich Froriep vom Leistungszentrum Translationale Medizintechnik.

In dieser Episode geht es um Medizinprodukte und deren Zertifizierung. Seit dem Jahr 2017 gibt es eine neue EU-Verordnung, die diese Zertifizierung regelt und ab Mai 2021 so einiges schwieriger macht. Aber es gibt auch Hoffnung was diese Schwierigkeiten angeht durch das EU-Projekt MDOT beispielsweise. Außerdem geht es um Cochlea-Implantate, regulatorische Forschung, Medizinprodukte aus dem 3D-Drucker, die Apple Watch und einiges mehr.

(Im Podcast gibt es Kapitelmarken, die den Zwischenüberschriften hier im Text entsprechen, so dass es einfacher ist, bestimmte Teile erneut zu hören. Nicht jede Kapitelmarke hat eine Zwischenüberschrift, manchmal fassen wir mehrere Kapitel zusammen.)

Medizinprodukte sind beispielsweise Beatmungsgerät, Insulinpumpen, Pflaster, Krankenhausbetten oder auch einige „Health-Apps“. Sobald etwas zu Therapie- oder Diagnosezwecken verwendet werden kann und die Wirkung nicht pharmakologischer Natur ist, handelt es sich um ein Medizinprodukt. Also eine deutliche Abgrenzung zu Arzneimitteln.

Diese Abgrenzung rührt daher, dass der gesamte Zulassungsprozess für Dinge, die nicht pharmakologisch wirken sondern physikalisch, wie beispielsweise ein Herzschrittmacher, ein deutlich anderer ist als der Zulassungsprozess für einen Arzneistoff. Und hier gibt es auch noch Feinheiten, wie Herr Froriep ausführt: Arzneimittel werden in Deutschland von einer Behörde zugelassen, Medizinprodukte werden zertifiziert – europaweit, und das Zeichen dafür ist das CE-Kennzeichnung.

Es wird immer vom Standpunkt der Risikobeurteilung ausgegangen: Wie groß ist das Risiko einer Schädigung? Welche Risiken kann man kontrollieren oder sogar abstellen und welche nicht? All das, und noch viel mehr ist in Deutschland durch das Medizinproduktgesetz geregelt, in verschiedenen Risikoklassen.

Dr. Ulrich Froriep beschäftigt sich am ITEM mit mehreren Bereichen. Einmal kümmert es sich um den Bereich der Entwicklung von Ergebnissen aus der Grundlagenforschung hin zu Medizinprodukten – er und sein Team begleiten den Prozess. Er kümmert sich aber auch um die Entwicklung von neuen Testmethoden, um Voraussetzungen zur Zertifizierung von Medizinprodukten die auf einer neuen Erkenntnis beruhen sicher zu stellen. Diese neuen Erkenntnisse können schlicht ein neuer Werkstoff sein, bis hin zu ganz neuen Mechanismen. Außerdem bietet er in seiner Abteilung das Fachwissen wie der Zertifizierungsprozess für Medizinprodukte abläuft, sowohl für Industriepartner als auch für Wissenschaftler*innen.

Es gab einige Skandale zu verschiedenen Implantaten. Hüftimplantate waren ein Thema, aber auch Brustimplantate. Aus diesen und einigen anderen Skandalen ging dann die EU Medical Device Regulation (EU MDR) hervor, die seit 2017 Gesetz ist und den Charakter einer Verordnung besitzt. Seit Mai 2020 sollte diese Verordnung eigentlich volle Gültigkeit haben, und jeder in der EU sollte danach arbeiten müssen – wegen Covid-19 wurde dies aber auf den Mai 2021 verschoben.

Vorher gab es eine EU Richtlinie zu Medizinprodukten, das waren Vorgaben, an denen sich nationales Recht zu orientieren hatten. Eine EU-Verordnung ist wie ein Gesetz, das heißt es hier muss nicht noch ein eigenes Gesetz der einzelnen Nationalstaaten verfasst werden, sondern die EU MDR gilt überall in Europa wie ein Gesetz.

Herr Froriep ordnet ein, was diese Verordnung bewirken wird: Es werden strenge Vorgaben für die Tests zur Zertifizierung gemacht. Es gibt neue Risikoklassen und viele Regelungen sind nun schärfer gestaltet. Allerdings werden dadurch nicht zwangsläufig die oben angesprochenen Skandale verhindert, denn was dort missachtet worden ist, war auch schon nach der alten Gesetzgebung illegal.

Viele bereits zertifizierte Medizinprodukte müssen nach der neuen EU-Verordnung neu bewertet werden, nicht zuletzt wegen der neuen Risikoklassen – was einige Probleme mit sich bringt, die nicht direkt offensichtlich sind. Einige Medizinprodukte werden wohl aus Europa verschwinden, da die erneute Zertifizierung für einige Hersteller zu kostspielig sein wird. Gerade Medizinprodukte mit einer geringen Anwenderzahl sind hier betroffen – also nicht zwangsläufig unsichere Medizinprodukte, sondern solche mit geringen Stückzahlen.

Im Fall der Medizinprodukte gibt es eine eigene ISO, nämlich die ISO 13485, mit dem Titel „Medizinprodukte – Qualitätsmanagementsysteme – Anforderungen für regulatorische Zwecke“.

Dr. Froriep arbeitet an einigen Projekten in seinem Labor am Fraunhofer ITEM. Über sein Projekt zur Beatmung von Frühgeborenen gab es auch vor einiger Zeit einen Artikel in „Fraunhofer. Das Magazin“: Ihr Kinderlein – wartet?.

Herr Froriep spricht – als gutes Beispiel – Cochlea-Implantate an. Dabei handelt es sich um eine besondere Form des Hörgeräts, bei dem Elektroden direkt in die Gehörschnecke implantiert werden. Die Technologie in diesen Implantaten ist relativ alt – man kann damit Hörvermögen verbessern, allerdings eignen sich diese Geräte nicht für das Hören von Musik oder dem Verfolgen von Gesprächen zwischen vielen Menschen, die teilweise gleichzeitig reden. Denn solche Implantate werden nicht neu entwickelt, da die Zertifizierung eines neuen Implantates, Kategorie Hochrisiko-Implantat, da es direkt am Hörnerv liegt, sehr langwierig und kostspielig ist. Ein anderes Beispiel sind Roboterarme die mit Hilfe von Gedanken gesteuert werden. Alle Beispiele die man dazu findet ,kommen aus der Forschung, denn der letzte Schritt hin zu einem fertigen Medizinprodukt wurde bisher noch nicht gemacht – solche komplexen Roboterarme gibt es bisher nicht als Medizinprodukt zertifiziert.

Im Leistungszentrum Translationale Medizintechnik beschäftigt man sich mit vielerlei Dingen: Mit neuen Tests für die Zertifizierung von Medizinprodukten, aber auch mit dem Vorgehen zur Zertifizierung an sich.

Besonders der Bereich der neuen Materialien ist spannend. Noch vor ca. 20 Jahren war der Fokus vor allem auf sehr harten Materialien, wie Keramik. Mittlerweile werden vor allem weiche Materialien wie Hydrogele oder Polymere erforscht und entwickelt, um sie in Medizinprodukten einzusetzen. Dabei ist die Herausforderung, überhaupt zu testen wie langlebig diese weichen Materialien sind, denn die bisherigen Tests für die harten Materialien lassen sich nicht einfach übernehmen – und daran wird am ITEM gearbeitet.

Mit dem EU-Projekt MDOT sollen Medizintechnikunternehmen entlastet werden.

Am Fraunhofer ITEM wird auch daran gearbeitet, bessere Informationsflüsse zu gestalten. Herr Froriep führte beispielsweise an, dass ein Hersteller der Material X in Schulterimplantaten verwendet, keine Informationen erhält, wenn das gleiche Material X bei einem Hersteller von Knieimplantaten Probleme verursacht hat.

Regulatorische Forschung bedeutet einerseits, dass nach Datenströmen innerhalb der Regelungen gesucht wird, um Informationsflüsse zu gestalten, die allen Beteiligten bessere und frühere Informationen zur Verfügung stellen und andererseits die Weiterentwicklung der Testung.

Bernd und André sprechen mit Herrn Froriep auch noch über moderne Technologien wie Medizinprodukte aus dem 3D-Drucker, die Apple-Watch oder Health-Apps. Zusammenfassend kann man sagen: Die individuelle Medizin ist gar nicht so neu wie man meint, Zahnärzte betreiben sie bereits seit Jahrzehnten. Aber mehr Daten und dadurch bessere Behandlungsmethoden halten auch Schwierigkeiten für die Zertifizierung von Medizinprodukten bereit.

Außerdem geht es zum Abschluss auch um den Werdegang von Dr. Ulrich Froriep und wie er dazu gekommen ist, das zu tun was er tut.

Das Lieblingsmolekül von Herrn Froriep ist das Coffein.

Wir bedanken uns ganz herzlich bei Dr. Ulrich Froriep für seine Zeit und die Erklärungen und Einordnungen und beim Fraunhofer-Insitut für Toxikologie und experimentelle Medizin (ITEM) für die Unterstützung bei der Aufnahme dieser Episode.

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Das dritte Mal ist Prof. Dr. Dr. h.c. Hans-Dieter Höltje zu Gast im Wirkstoffradio. Nach den Episoden WSR001 Was sind Wirkstoffe? und WSR023 Wie Moleküle miteinander reden sprechen Bernd und André diesmal mit ihm über das Periodensystem der Elemente.

Von den Anfängen im 19. Jahrhundert, zu der Zeit als lediglich 33 chemische Elemente bekannt waren, erzählt Herr Höltje die Anfänge zur systematischen Beschreibung der Elemente. Danach wird das Periodensystem Stück für Stück in seiner Logik erklärt bis hin zum letzten, bekannten Element, dem Oganesson. Anschließend geht es um die verschiedenen Eigenschaften der Elemente und welche man davon bereits aus dem Periodensystem ablesen kann. Der Begriff Metall wird thematisiert, es geht um die Hybridisierung von Orbitalen und schließlich auch um Lieblingselemente.

(Im Podcast gibt es Kapitelmarken, die den Zwischenüberschriften hier im Text entsprechen, so dass es einfacher ist, bestimmte Teile erneut zu hören. Nicht jede Kapitelmarke hat eine Zwischenüberschrift, manchmal fassen wir mehrere Kapitelmarken unter einer Überschrift zusammen.)

Herr Höltje erzählt, wie es überhaupt zu der Einordnung in ein System der chemischen Elemente kam. Anfang des 19. Jahrhunderts waren erst 33 chemische Elemente bekannt, wohingegen gegen Ende des 19. Jahrhunderts knapp 60 bekannt waren. Das Periodensystem wurde 1869 unabhängig voneinander und fast identisch von zwei Chemikern vorgestellt, zunächst von dem Russen Dmitri Mendelejew und wenige Monate später von dem Deutschen Lothar Meyer. Zur damaligen Zeit war es schon möglich, das Atomgewicht zu bestimmen, aber es waren kaum andere messbare Parameter der chemischen Elemente bekannt.

Diese Vorgehensweise von Mendelejew und Mayer führte aber zu Schwierigkeiten bei den Elementen Tellur und Jod.

Diese Schwierigkeiten lösten sich auf durch die Verwendung der Ordnungszahl anstatt der Atommasse, die Henry Moseley 1914 vorschlug. Diese Veränderung konnte von Moseley nur vorgeschlagen werden, weil bereits mehr zum Atomaufbau bekannt war, vornehmlich durch die Arbeit von Ernest Rutherford. Die Ordnungszahl, oder auch Kernladungszahl, spielt auch eine wichtige Rolle im Moseleyschen Gesetz.

Durch das Bohrsche Atommodell, erdacht vom dänischen Physiker Nils Bohr, konnte noch systematischer an die Gruppierung der chemischen Elemente heran gegangen werden. Den Arbeiten von Bohr liegt die Verbindung zwischen Spektrallinien mit bestimmten Energie-Niveaus von Elektronen in der Atomhülle zu Grunde. Um zum Konzept des Atomorbitals zu gelangen, benötigte es aber noch die Erkenntnisse aus der Quantenphysik. Es handelt sich bei den Atomorbitalen nämlich immer nur um Aufenthalts-wahrscheinlichkeiten.

Es gibt einige Formen bei den Atomorbitalen. Die einfachste Form, das s-Orbital, ist kugelsymmetrisch. Die nächst höheren p-Orbitale könnte man als Hanteln bezeichnen oder auch als zwei sich berührende Kugeln.

Die Ordnungszahl sagt etwas über die Atomkernladung aus und die Atommasse gibt das Gewicht eines Atoms an. Bei den leichten Elementen ergibt sich noch eine vergleichbare Reihenfolge der Elemente, bis zum Calcium mit der Ordnungszahl 20 und einer Atommasse von ca. 40. Allerdings steigt die Atommasse stärker als die Ordnungszahl an, da bei schwereren Atomen sich mehr ungeladene Neutronen im Kern befinden. Bereits beim Element Scandium mit der Ordnungszahl 21 beträgt die Atommasse knapp 45. Das geht weiter bis zum Blei, dem letzten stabilen Element, mit der Ordnungszahl 82 und einer Atommasse von 207. Elemente höherer Ordnungszahl sind noch schwerer, aber nicht mehr stabil d. h. sie zeigen radioaktiven Zerfall.

Die Neutronen sorgen überhaupt erst für die Stabilität im Atomkern – ohne Neutronen würden auch die stabilen Atomkerne zerfallen, weil die Abstoßungskräfte der vielen positiv geladenen Protonen im Kern zu groß wären.

Von allen Elementen gibt es Varianten, die sogenannten Isotope. Das heißt ein Element einer Ordnungszahl kann verschiedene Atommassen besitzen durch unterschiedlich viele Neutronen im Kern.

Die Gruppen des Periodensystem sind die Spalten, die jeweils für sich genommen auch eigene Namen tragen, beispielsweise Halogene. Die Zeilen des Periodensystems bezeichnet man als Periode des Periodensystems, die  nach der Hauptquantenzahl durchnummeriert sind.

Links zu diesem Abschnitt:

Ab der vierten Periode werden auch die d-Orbitale besetzt und die ersten Elemente der Nebengruppen kommen vor.

In der sechsten Periode kommt das Element Technetium vor, das erste Element, das künstlich hergestellt worden ist. In der sechsten Periode werden auch die f-Orbitale besetzt und die Gruppe der Lanthanoide kommt vor, die man auch seltene Erden nennt.

Alle Elemente der siebten Periode sind radioaktiv, also nicht stabil. So wie die Lanthanoide in der sechsten Periode durch die Besetzung der f-Orbitale hinzu kommen, kommen in der siebten Periode die Actinoiden durch Besetzung der f-Orbitale dazu. Das letzte Element der siebten Periode ist das Organesson und auch das Element mit der höchsten Ordnungszahl 118. Zur Zeit wird nach den Elementen mit den Ordnungszahlen 119 und 120 gesucht, aber bisher ist man noch nicht fündig geworden.

Links dazu:

Der Kohlenstoff ist das Lieblingselement von Herrn Höltje. Es tritt als Diamant, Graphit und noch in vielen anderen Formen auf.

Das besondere ist beim Kohlenstoff die Hybridiserung von s- und p-Orbitalen zu den Hybridorbitalen. Das kugelförmige s-Orbital und die drei Hantelförmigen p-Orbitale werden gemischt und es entstehen vier sp3 Hybridorbitale oder, wenn ein p-Orbital außen vor bleibt, drei sp2 Hybridorbitale.

Damit es zur Hybridisierung kommt, müssen die Hybridorbitale energetisch günstiger sein.

Außerdem wird die besondere Form des Ruß angesprochen, die keine Hybridkonfiguration hat.

Am Periodensystem kann man auch etwas über die Elektronegativität der Elemente ablesen. Die Elektronegativität nimmt von links nach rechts zu und von oben nach unten ab.

André macht ein kleines Experiment: Ob es im Gespräch möglich ist auszumachen welche Elemente für das Leben wichtig sind – und dabei kam raus, dass eigentlich alle Elemente irgendwie eine wichtige Rolle spielen. Mache nur eine kleine, manche eine … elementare.

Der Kohlenstoff, wie bereits oben besprochen.

Kalium. Und dazu erzählt Bernd eine kleine Geschichte.

Silicium.

Wir bedanken uns ganz herzlich bei Prof. Dr. Hans-Dieter Höltje für das Gespräch, die Erklärungen und die vielen anschaulichen Vergleiche.

Wir freuen uns immer über Feedback: per Mail unter [email protected], in den Kommentaren unter den einzelnen Episoden, über Twitter @wirkstoffradio oder auch als Bewertung bei iTunes oder panoptikum.social.

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Bernd und André sitzen wieder zusammen und sprechen ein bisschen über Corona, vor allem über die Darstellung des Virus in den Medien und über den R0-Wert, es gab ein bisschen Feedback zu vergangenen Folgen, Neuigkeiten zur Folge mit Miriam am Biotechnikum am HKI und es gibt wieder einen Wirkstoff das Monats von Bernd.

Es geht diesmal um die Darstellung des Corona-Virus in den Medien – das Fehlen einer Größenangabe regt besonders André auf – und auch um die Basisreproduktionszahl R0, über die Bernd erzählt. Außerdem gab es Feedback an das Wirkstoffradio, in folge dessen Bernd und André ein paar Dinge aus vergangenen Episoden richtig stellen und weitere Informationen liefern. Außerdem gibt es noch den Wirkstoff das Monats: Omeprazol.

(Im Podcast gibt es Kapitelmarken, die den Zwischenüberschriften hier im Text entsprechen, so dass es einfacher ist, bestimmte Teile erneut zu hören. Nicht jede Kapitelmarke hat eine Zwischenüberschrift, manchmal fassen wir mehrere Kapitelmarken unter einer Überschrift zusammen.)

André fängt mit den Bildern des Corona-Virus an, mit dem überall Dinge bebildert werden wie Zeitungsartikel, Blogposts und Fernsehbeiträge. Die mittlerweile berühmte Abbildung, die man auch im deutschen Wikipedia-Artikel über SARS-CoV-2 findet, ist gemeinfrei, da sie vom US-Amerikanischen CDC erstellt wurde. Hier der direkte Link:

André findet, dass hier eine Chance verpasst worden ist, denn das Bild wird immer nur zur Illustration verwendet ohne einen Kontext zur Größe zu liefern. Eigentlich hätte man diese Abbildung auch mit einem Maßstab versehen können, um Menschen die Chance zu geben, die Größe des Virus einzuordnen. Die Größe des Virus ist zwischen 60 und 140 nm. Die Quelle dazu findet sich hier:

Um mit der Größenangabe etwas anfangen zu können, benötigt man etwas mehr Kontext. André hat dazu einen Artikel auf seinem Blog geschrieben, wo er sich ausführlicher zum Thema Maßstab auslässt.

Bernd hat auch etwas zum Thema Corona mitgebracht, nämlich will er heute über das Modellieren von epidemiologischen Modellen sprechen, besonders über den R0-Wert, also die Basisreproduktionszahl. Über Statistik wurde im Wirkstoffradio schon in Episode WSR008 Die Statistik der HIV-Selbsttests und Wirkstoff Screening ausführlich gesprochen, als es um HIV-Selbsttests ging. Die Basisreproduktionszahl R0 ist allerdings kein direkter Parameter, sondern ein berechneter Wert. Bernd führt kurz die zeitliche Entwicklung auf und ordnet dann ein, wie man solche Werte interpretieren sollte.

Bernd vergleicht die Entwicklung des R0 auch zu anderen statistischen Werten, beispielsweise zu den aktiven Corona-Fällen. Er empfiehlt dazu die Seite worldometers.info, deren Daten zu Deutschland unten auch verlinkt ist.

In der letzten Episode WSR034 Wirkstoffproduktion: Von der Flasche im Labor bis zum Tank in der Industrie haben Bernd und André das Biotechnikum am Hans-Knöll-Institut (HKI), Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie besucht, das von Prof. Dr. Miriam Agler-Rosenbaum geleitet wird. In dieser Folge ging es auch um stromproduzierende Bakterien im Themenfeld der Bioelektrochemie und Bernd hat nach einem Bausatz gefragt, um die kleinen Behälter mit Erde nachzubauen, in denen Bakterien Strom produzieren. Und tatsächlich wird es wohl bald am HKI auch eine Bastelanleitung online geben. Bernd beschäftigt sich gerade damit, daraus eine Bauanleitung mit Bestellempfehlungen zu machen, die er als OER veröffentlichen will. Links wird es hier und in kommenden Episoden des Wirkstoffradio geben.

Gertrud hat uns Feedback auf unseren Anrufbeantworter gesprochen. Ihr könnt das auch tun unter 030 746 910 64. Bernd beantwortet noch ein paar Fragen zu Diclofenac und den Geiern etwas ausführlicher. Ursprünglich hatte er die Geschichte bereits in Episode WSR033 Wirkstoffe aus dem Computer, Händewaschen vs. Händedesinfektion und Diclofenac-Geier erzählt. Hier einige Links aus seiner Antwort:

Auch Dr. Florian Kloß hat sich nochmal gemeldet. Mit ihm haben Bernd und André bereits in Episode WSR030 Antibiotika & Resistenzen: Geschichte, gesellschaftliche Bedeutung und Antiinfektiva-Forschung gesprochen und er war auch in WSR033 kurz per Telefon zum Thema Händedesinfektion zugeschaltet. Florian musste André noch einmal bzgl. einiger Antibiotika korrigieren.

André bekommt es einfach nicht auf die Kette, sich die Namen der verschiedenen Antibiotika zu merken. Das Antibiotikum, das er immer mal wieder erwähnte und das als Reservemittel nur per Injektion auf Intensivstationen genutzt wird, trägt den Namen Daptomycin.

Bernd hat wieder einen Wirkstoff des Monats ausgewählt: Omeprazol. Er ist darauf gekommen, weil er ein wenig Kritik von seiner Frau zu der Diclofenac-Geschichte und den Geiern geerntet hat, denn mittlerweile wird Diclofenac meistens mit einem Mittel für den Magenschutz verabreicht. Und der Wirkstoff, der den Magen schützt, ist eben das Omeprazol.

Erstmal erzählt Bernd von Magengeschwüren, deren Auslöser Nr. 1 das Bakterium Helicobacter pylori ist. Auf Platz zwei der häufigsten Ursachen für Magengeschwüre ist dann aber schon die Einnahme  nicht-steroidaler Antirheumatika (NSAR) zu finden, zu denen auch ASS oder Diclofenac gehören.

Warum es zu dieser Schädigung des Magens bzw. der Magenschleimhaut kommt, liegt im Wirkmechanismus von Diclofenac oder ASS verborgen. Zur Schmerzhemmung wird das Prostaglandin E2 blockiert, und das funktioniert auch ganz hervorragend. Nur leider ist das Prostaglandin E2 auch im Magen an der Bildung der Magenschleimhaut beteiligt, weswegen Diclofenac, ASS und andere Mittel diesen Effekt auf den Magen haben.

Bernd erklärt im Detail die Wirkungsweise und den Mechanismus hinter Omeprazol. Außerdem hat er noch eine relativ neue Studie mit dabei, die sich mit Omeprazol beschäftigt hat und neue Erkentnisse über die Risikobewertung des Medikaments liefert. Er erklärt André auch, was genau Retardierung bei Medikamenten genau bedeutet.

Wir freuen uns immer über Feedback: per Mail unter [email protected], in den Kommentaren unter den einzelnen Episoden, über Twitter @wirkstoffradio oder auch als Bewertung bei iTunes oder panoptikum.social.

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Bernd und André sind in Jena zu Gast am Hans-Knöll-Institut (HKI), Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie bei Prof. Dr. Miriam Agler-Rosenbaum, Abteilungsleiterin des Biotechnikums.

Mit Miriam sprechen sie darüber was in einem Biotechnikum gemacht wird: Das Hochskalieren der Wirkstoffproduktion aus dem Labor hin zu einem optimierten industriellen Prozess. Miriam beschäftigt sich aber auch noch mit anderen Forschungsbereichen, und zwar mit der tropfenbasierten Mikrofluidik und der Bioelektrochemie, mit der man vielleicht, irgendwann in der Zukunft, sogar Elektrizität aus Abwässern gewinnen könnte.

(Im Podcast gibt es Kapitelmarken, die den Zwischenüberschriften hier im Text entsprechen, so dass es einfacher ist, bestimmte Teile erneut zu hören. Nicht jede Kapitelmarke hat eine Zwischenüberschrift, manchmal fassen wir mehrere Kapitelmarken unter einer Überschrift zusammen.)

Ein Biotechnikum ist ein Sammelsurium von technischen Anlagen um eine Wirkstoffproduktion und Aufreinigung aus dem Labor in einen Prozess zu überführen und im größeren Maßstab durchzuführen. Die „Wirkstoffproduktion“ wird dabei von Bakterien erledigt, weswegen auch eine Aufreinigung erfolgen muss und es Biotechnikum heißt. Am HKI hat der größte Bioreaktor 4,2 Kubikmeter Volumen – oder 4200 Liter.

Ansätze von Bakterienkulturen, die Wirkstoffe in einem Schüttelkolben im Labor herstellen, haben üblicherweise ein Volumen von ein paar hundert Milli-liter. Um einen solchen Ansatz auch großtechnisch zu verwenden, muss man die ablaufenden Prozesse genau verstehen, weswegen man in mehreren Schritten den Ansatz vergrößert, bis man bei Volumina von mehreren Kubikmetern angekommen ist.

Ein Biotechnikum wird immer dann eingesetzt, wenn der Übergang von der Forschungsphase in die Anwendungsphase erfolgen soll. Also wenn die Erforschung eines Wirkstoffs abgeschlossen ist und dieser dann in großen Mengen hergestellt werden soll.  Im Biotechnikum wird erforscht, wie ein Prozess im großen kontrolliert und gesteuert werden muss, um überhaupt eine großtechnische Anlage, beispielsweise in der Pharmaindustrie, entwerfen zu können. Das Biotechnikum ist quasi das Forschungslabor für den Übergang vom Labor in die Industrie.

Im Forschungsbereich gibt es in Deutschland nur eine Hand voll Biotechnikums. Weiter verbreitet sind Biotechnikums bei Industrieunternehmen, die an neuen Wirkstoffen forschen.

Ein Technikum wird vor allem in der Chemie eingesetzt, wenn eine bestimmte Katalyse in den großtechnischen Maßstab hochskaliert werden soll, gelten die gleichen Regeln in der Chemie, wie sie auch für die Biotechnologie gelten. Und so ist auch der Unterschied zu sehen: Ein Biotechnikum arbeitet mit lebenden Organismen wie Bakterien, Zellen oder Pilzen in Bioreaktoren.

Wichtig, um ein Biotechnikum zu verstehen, ist, dass dort immer ein Transfer geleistet wird. Eine Schüttelflasche mit einer Bakterienkultur aus dem Labor kann man nicht größer machen. Um größere Volumina zu verarbeiten, muss vom Schütteln in der Flasche übergegangen werden zum Rühren in einem Bioreaktor. Aber natürlich ist der Unterschied zwischen rühren und schütteln nicht die einzige Herausforderung: Das Einbringen von Sauerstoff oder Nährstoffen ist ebenfalls komplett anders in einem Bioreaktor im Verleich zum Labor. Daher wird auch in kleinen Schritten die Größe verändert. Als Beispiel führt Miriam die folgende Kette an: Labor -> 1 Liter -> 10 Liter -> 30 Liter bis zu einem Kubikmeter, also 1000 Liter.

In diesem Biotechnikum hat Hans Knöll die Produktion von Penizillin hochskaliert und so einen beträchtlichen Teil Osteuropas damit versorgt.

Bis 2018 hatte das Biotechnikum eigentlich nur die Aufgabe, einen Service für alle Wissenschaftler*innen am HKI anzubieten, nämlich für gefundene Wirkstoffe die produzierte Menge in Bioreaktoren zu vergrößern, so dass weitere Forschung an den gefunden Stoffen möglich war und auch den Prozess zur Produktion kennen zu lernen und zu optimieren.

Die Handlungsoptionen sind hierbei vielfältig. Von ganz grundlegenden Fragestellungen wie das Aktivieren von bestimmten Genen in den Mikroorganismen, um die Herstellung des Wirkstoffs auszulösen oder zu erhöhen ,bis hin zur Wahl des richtigen Zeitpunkts, um den Wirkstoff aus der Kultur heraus zu holen.

Erst mit dem Arbeitsbeginn von Miriam ist das Biotechnikum eine eigene Abteilung geworden. Bis zu diesem Zeitpunkt wurde das Biotechnikum nur für die oben erwähnte Serviceleistung der Naturstoff- oder Wirkstoffherstellung verwendet.

Miriams Aufgabe ist neben dem Betrieb des Biotechnikums und der Weiterführung der Serviceleistung für andere Wissenschaftler*innen, die Grundlagenforschung an biotechnologischen Prozessen im Biotechnikum und neuen und anderen Ansätzen. Das reicht von schwierigen biotechnologischen Prozessen, die beispielsweise schäumen oder sehr zähflüssig sind, über die Verkleinerung von Prozessen in einzelnen Tröpfchen bis hin zur Kopplung von Organismen mit Elektrochemie.

Die meisten Bakterien benötigen Sauerstoff, um das zu tun, wofür sie im Biorekator bestimmt sind. Den Sauerstoff bekommt man auf zwei Wegen an die Bakterien: durch Rühren oder durch das Einblasen über Düsen. Wenn dann die Bakterienkulturlösung zum Schäumen neigt, füllt sich der Bioreaktor mit Schaum, eventuell sogar so weit, dass die Zuleitungsrohre des Bioreaktors sich mit Schaum füllen. Das Schäumen erzeugt dann einen Gegendruck, so dass der Reaktor nicht mehr korrekt arbeiten kann. Die Folge davon ist, dass man den Bioreaktor nicht mehr vollständig füllt, sondern ein großes „Totvolumen“ übrig lassen kann, in dem dann der Schaum die Funktionsweise des Reaktors nicht mehr beeinträchtigen kann, was natürlich nicht besonders effizient ist. Miriam forscht dazu an Möglichkeiten, den Schaum zu vermindern oder auch durch andere Methoden für eine höhere Sauerstoffversorgung zu sorgen, beispielsweise indem der Bioreaktor unter höherem Druck gefahren wird, was noch andere Vorteile hat.

Im Biotechnikum am HKI arbeitet so gut wie nie in einem kontinuierlichen Prozess, sondern mit einzelnen Ansätzen (Batch) oder mit Ansätzen, bei denen immer wieder neues Substrat zugegeben wird (Fed-Batch). Dabei wird der Bioreaktor nach dem Prinzip „Messen und Regeln“ betrieben.

Die Forschung am Biotechnikum befasst sich vor allem mit den Mikroorganismen und den biotechnischen Abläufen, nicht mit der Technik der Bioreaktoren an sich.

Die Herausforderung beim Betrieb eines Bioreaktors ist die Aufreinigung des produzierten Stoffes. Unter Umständen sind nur wenige Milligramm in einem Volumen von 2000 Litern enthalten, die sehr spezifisch heraus geholt werden müssen. Dieser Schritt ist oft aufwendiger als die Kontrolle des biologischen Prozesses selbst.

Zur Aufreinigung werden Säulen verwendet, das sind Glaszylinder mit einem Trägermaterial, durch das Flüssigkeiten hindurch geleitet werden. Das Trägermaterial sorgt dann dafür, den gewünschten Wirkstoff oder Naturstoff so lange aufzuhalten, bis alles andere aus dem Bioreaktor bereits die Säule verlassen hat. Normalerweise sind Säulen einige Dezimeter lang und höchstens ein bis zwei Zentimeter im Durchmesser – im Biotechnikum am HKI stehen Säulen mit bis zu drei Meter Länge und Durchmessern über 30 cm. Der Aufreinigungsprozess wird meistens in mehreren Stufen durchgeführt.

Das Vorgehen bei der Aufreinigung am Beispiel eines 2 Kubikmeter Bioreaktors ist dabei wie folgt: Meistens wird mit Hilfe eines Lösungsmittels der Wirkstoff oder Naturstoff aus dem Ansatz heraus geholt. Dabei reduziert sich das Volumen bereits auf einige hundert Liter, bevor die nächsten Schritte durchgeführt werden. weitere Links dazu:

Ein Forschungsschwerpunkt von Miriam ist auch die Verkleinerung von Prozessen, wie ganz am Anfang angesprochen. Sie betreibt Tropfen-Mikrofluidik, das heißt sie züchtet einige wenige Bakterien in einem Tröpfchen, das nur unter dem Mikroskop sichtbar ist.

Die kleinen Tröpfchen werden in unterschiedlichen Mikrofluidik-Chips hergestellt und mit Mikroorganismen gefüllt. In kleinen Sammelgefäßen von wenigen Milliliter Volumen werden Millionen dieser Tröpfchen zusammen kultiviert, also im Inkubator aufbewahrt. Verarbeitet und analysiert werden die Tröpfchen dann  speziell dafür gemachten, anderen Mikrofluidik-Chips.

Auf der Homepage gibt es dazu auch noch einige Videos und noch mehr Informationen zu den Forschungsfeldern: Tropfenbasierte Mikrofluidik (HKI)

Elektrochemie ist die Chemie der Redoxreaktion, was eigentlich Reduktion-Oxidations-Reaktion meint. In einer Zelle wird die Energie in den sogenannten „Kraftwerken der Zelle“ gewonnen, in den Mitochondrien. In Zellen oder Bakterien wird Zucker oxidiert, dabei werden Elektronen frei und die müssen von einem Akzeptor aufgenommen werden, und dieser Akzeptor ist bei der Sauersott-Atmung der Sauerstoff. Es gibt aber auch Mikroorganismen, die mit einem anderen Akzeptor „atmen“, beispielsweise über ein Metall wie Eisen. Diese Mikroorganismen geben die Elektronen über ihre Membran nach außen ab. Daher kann man diese Elektronen auch ableiten und verwenden.

Miriam untersucht im Labor verschiedene Bakterien, die alle einen etwas ungewöhnlichen Mechanismus für die Energiegewinnung haben, nämlich Elektronen über „Elektronen-Taxis“ nach außen transportieren. Diese „Elektronen-Taxis“ gehören chemisch zur Gruppe der Phenazine. Viele dieser Bakterien stellen Naturstoffe her, die für die Wirkstoffforschung interessant sein könnten. In ihrer Arbeit versucht Miriam zu verstehen, wie diese Prozesse funktionieren und danach diese Erkenntnisse zu nutzen, um über Methoden der synthetischen Biologie diese Prozesse zielgerichteter einzusetzen.

Abwasser ist ein komplexes, energiereiches Substrat, das durch die Bioelektrochemie genutzt werden könnte. Bisher werden Abwässer über Bakterien gereinigt, die Sauerstoff benötigen – wenn man die Bakterien ändert, könnten so Elektronen gewonnen werden, also Strom produziert werden. Weltweit wird zur Zeit daran geforscht. Links dazu:

Einige Bakterien wachsen in Form von Biofilmen auf den Grafitelektroden in den Bioelektrochemie-Reaktoren. Diese Biofilmen kann man live bei ihrer Aktivität zusehen, wenn man sie in einer Kammer auf einem Mikrofluidik-Chip mit einem Fluoreszenz-Mikroskop beobachtet oder später eine Analyse mit dem Elektronenmikroskop durchführt.

Miriam erzählt noch kurz, wie ihre Gruppe arbeitet, und präsentiert uns auch ein kleines Experiment, das seit September auf ihrem Schreibtisch steht. Ein Topf mit Erde, in dem oben eine LED steckt und die enthaltenen Bakterien liefern Elektrizität, so dass die LED ca. zwei mal die Sekunde aufblinkt. Dieser Ansatz tut das bereits für vier Monate. Außerdem erzählt Miriam von ihrem Werdegang und wie sie ans Hans-Knöll-Institut gekommen ist.

Die Lieblingsmoleküle von Miriam sind die Phenazine, die Elektronen-Taxis, die schon bei der Bioelektrochemie angesprochen wurden.

Wir bedanken uns ganz herzlich bei Prof. Dr. Miriam Agler-Rosenbaum für ihre Zeit und die Erläuterungen und Ausführungen zum Thema.

Wir freuen uns immer über Feedback: per Mail unter [email protected], in den Kommentaren unter den einzelnen Episoden, über Twitter @wirkstoffradio oder auch als Bewertung bei iTunes oder panoptikum.social.

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Bernd und André sitzen zusammen und sprechen über einen neuen, potenziellen Wirkstoff, Handhygiene und den Wirkstoff des Monats: Diclofenac.

Der potenzielle neue Wirkstoff heißt Halicin und wurde mit Hilfe von maschinellem Lernen gefunden, wovon Bernd erzählt. André hat sich das Thema Handhygiene vorgenommen und ordnet die Effizienz von Händewaschen und Händedesinfektion auch im Bezug zum Corona-Virus ein. Außerdem ist zu dem Thema Dr. Florian Kloß vom HKI zugeschaltet, der etwas mehr über die Nebeneffekte von Desinfektion erzählt. Zum Abschluss gibt es den Wirkstoff des Monats Diclofenac und eine wahre Detektivgeschichte aus Indien, die mit Geiern zu tun hat  und etwas Feedback aus Kommentaren zu vergangenen Episoden.

(Im Podcast gibt es Kapitelmarken, die den Zwischenüberschriften hier im Text entsprechen, so dass es einfacher ist, bestimmte Teile erneut zu hören. Nicht jede Kapitelmarke hat eine Zwischenüberschrift, manchmal fassen wir mehrere Kapitelmarken unter einer Überschrift zusammen.)

Bernd berichtet von Halicin, einem potenziellen Antibiotikum, das mit Hilfe von maschinellem Lernen gefunden wurde. Zur Zeit befindet es sich in den ersten präklinischen Tests, bei denen dieser Stoff Wirkung gegen mehrere Bakterien gezeigt hat, zum Beispiel auch gegen die Bakterien der Tuberkulose. Benannt wurde das Halicin nach der künstlichen Intelligenz „HAL“ aus dem Film 2001: Odyssee im Weltraum.

Bei der Suche nach Halicin wurde ein künstliches neuronales Netz angewendet mit einem Deep Learning Ansatz. Bernd und André diskutieren die Vorüberlegungen und das Verfahren eines solchen Ansatzes. Die „künstliche Intelligenz“ hat hier nicht einfach die Struktur von Halicin ausgespuckt, sondern es war ein Werkzeug mit dem Wissenschaftler*innen auf neue Strukturen für potenzielle Wirkstoffe gekommen sind. Mehr Details gibt es bei folgenden Links, in denen auch der wissenschaftliche Artikel enthalten ist:

Bernd berichtet, wie es generell in der Wissenschaft bei der Suche nach Wirkstoffen läuft, am Beispiel der Screening Unit am Leibniz-Institut für molekulare Pharmakologie (FMP), wo Bernd arbeitet. Er stellt auch klar, dass eine gefundene Struktur immer intensiv getestet werden muss. Das Experiment lässt sich nicht durch einen Computer ersetzen.

Bernd und André sind keine Experten für Virologie, Prof. Drosten von der Charité schon. Er macht mit dem NDR einen tollen Podcast – absolute Hörempfehlung:

Der Sinn der Handhygiene ist das Reduzieren von Krankheitserregern (Bakterien, Viren, Pilzsporen, etc.). Zurück geht diese Überlegung auf Ignaz Semmelweis, der 1818 bereits einen Zusammenhang zwischen der Sterblichkeit von Frauen, die gerade entbunden hatten, und sauberen Händen bei den behandelnden Ärzten entdeckt hatte.

André führt aus, warum es um die Reduktion geht – denn es ist nicht möglich, alle Krankheitserreger komplett von den Händen zu entfernen. Aber zum Glück ist es auch nicht nötig, denn jeder Krankheitserreger hat einen bestimmten Schwellenwert, ab dem eine Infektion ausgelöst wird. Ist die Anzahl der Krankheitserreger weit genug reduziert, kann es nicht zu einer Infektion kommen.

Beim Händewaschen mit Seife soll Dreck entfernt werden, es werden aber auch Krankheitserreger reduziert. Bakterien werden um 90% – 99% reduziert und behüllte Viren (zu denen auch der Corona Virus oder das Influenza Virus gehört) werden um 99,99% reduziert, da die Seife die Lipidhülle der Viren angreift und so den Virus unschädlich macht. Wenn man sich häufig die Hände wäscht, sollte man auch unbedingt daran denken, sich die Hände auch einzucremen, damit die Haut nicht austrocknet und ihre natürliche Schutzfunktion erfüllen kann.

Andrés Quellen für die Zahlen:

Man muss unterscheiden zwischen der Flächendesinfektion und der Händedesinfektion. Für die Flächendesinfektion gibt es ein ausführliches Papier des Robert-Koch-Instituts: Anforderungen an die Hygiene bei der Reinigung und Desinfektion von Flächen. Bei der Reinigung von Oberflächen geht es vor allem um die Reduktion von Bakterien, weil diese unter Umständen sich dort vermehren können oder sogar Biofilme ausbilden können. Viren vermehren sich nicht auf Oberflächen – zur Vermehrung benötigen diese Zellen anderer Organismen, die sie übernehmen können.

Händedesinfektionmittel ist nicht „magisch“. André sieht immer mit Verwunderung zu, wenn Menschen sich ein bisschen Desinfektionslösung in die Hand geben und kurz verreiben. So funktioniert auch eine effektive Handdesinfektion nicht. Diese sollte, genau wie das Händewaschen, gründlichen von allen Seiten erfolgen und mindestens 30 Sekunden dauern. Auch dazu gibt es Informationen auf den oben verlinkten Seiten.

Handdesinfektionsmittel wirkt gut gegen Bakterien und Pilzsporen, allerdings nur bedingt gegen Viren. Gegen behüllte Viren helfen nur Desinfektionsmittel die den Zusatz „bedingt viruzid“ tragen, diese haben meistens einen Alkoholanteil von mehr als 85%. Gegen unbehüllte Viren helfen nur Desinfektionsmittel mit dem Zusatz „viruzid“. Die gängigen Handdesinfektionsgels aus Drogeriemärkten wirken gar nicht gegen Viren – sie sind aber auch gar nicht notwendig, in den meisten Fällen. Desinfektionsmittel machen vor allem in Gesundheits- und Pflegeeinrichtungen Sinn oder an Orten mit sehr viel Personenkontakt, weil dort unter Umständen nicht genug Möglichkeit zum Händewaschen gegeben ist.

Auf dieses Thema ist André durch eine Twitter-Unterhaltung mit dem Nutzer @retho gestoßen worden. Falsche Desinfektion kann unter Umständen zu einer Resistenz sogar gegen Antibiotika bei Bakterien führen. Daher ist zu diesem Thema Dr. Florian Kloß vom Hans-Knöll-Insitut (HKI), Leibniz-Insitut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie per Telefon zugeschaltet. Er war der Interviewgast bei WSR030 Antibiotika & Resistenzen: Geschichte, gesellschaftliche Bedeutung und Antiinfektiva-Forschung.

Florian berichtet von den Mechanismen, die dazu führen können, dass Bakterien durch Desinfektionsmittel resistent werden, nicht nur gegen Desinfektionsmittel, sondern auch gegen Antibiotika. Einige Zusammenhänge sind in folgendem Artikel aufgeführt:

Es geht auch um einen besonderen Zusatzstoff, der oft in Desinfektionsmitteln zu finden ist, nämlich Quartäre Ammoniumverbindungen.

Dr. Florian Kloß sagt ausdrücklich, dass die Gefahr solche Resistenzen auszulösen, für einen Privatanwender sehr gering ist . Im klinischen Umfeld können die besprochenen Effekte eine Rolle spielen, aber vermutlich auch eine nicht all zu große.

Er spricht sich ausdrücklich dafür aus, dass man auf gründliches Händewaschen achten sollte.

Dr. Florian Kloß führt auch an, dass Desinfektionsmaßnahmen im professionellen Umfeld vor allem dazu gedacht sind, mit anderen Schutzmaßnahmen ineinander zu greifen und so gestaltet sind, um Andere vor einer Infektion zu schützen.

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat ein Rezept zum Herstellen von Hände-Desinfektionsmitteln veröffentlicht – wenn keine andere Möglichkeit besteht, sollte man diesem Rezept folgen:

In diesem Rezept kommen keine quartären Ammoniumsalze vor und diese Lösung sollte auch recht gut gegen das Coronovirus wirken. Florian erklärt außerdem, dass die evtl. problematischen quartären Ammoniumsalze nicht nur in Desinfektionsmitteln vor kommen, sondern auch in Waschmitteln und anderen Reinigungsprodukten, so dass sich dadurch ausgelöste Antibiotikaresistenzen bei Bakterien nicht alleine durch Desinfektionsmittel begründen lassen.

Bernd erzählt nach dem Gespräch mit Florian noch, dass er in einem ganz anderen Feld bereits mit Verbindungen aus der Klasse der Phenylanaloga der quartären Ammoniumverbindungen zu tun hatte. Als er mit Olaf Rötzschke zusammen gearbeitet hat, fanden sie solche Verbindungen bei der Suche nach wirkverstärkenden Stoffen. Olaf war der Interviewgast in Episode WSR021 Hausstaub und andere Allergien.

Bernd hat Diclofenac als Wirkstoff des Monats gewählt. Und das hat auch etwas mit Geiern zu tun – Bernd Lieblingsvögel – aber dazu später mehr. Diclofenac ist ein nichtsteroidales Antiphlogistikum oder Antirheumatikum. Es wirkt also gegen Schmerzen und Entzündungen, besonders bei Schmerzen in Gelenken und anderen rheumatischen Beschwerden. Diclofenac hat einen recht ähnlichen Wirkungsmechanismus wie ASS oder Ibuprofen, wirkt also auf die Cyclooxygenasen im Körper und hat daher auch ähnliche Nebenwirkungen. Da Diclofenac auch recht heftig „auf den Magen schlägt“, wurde dieser Wirkstoff früher oft über längere Zeit als Zäpfchen verabreicht.

In den 1990er Jahren wurde in Indien und Pakistan massives Geiersterben beobachtet. Die Vögel zeigten gichtartige Ablagerungen in den Nieren und der Blase und man dachte, dass es sich hier um einen bisher unbekannten Krankheitserreger handelte. Irgendwann stellte man dann fest, dass dieses Geiersterben wohl eher von Kuhkadavern ausgelöst wurde. In Indien werden Kühe nicht geschlachtet, sondern erfreuen sich ihres Lebens bis zu ihrem natürlichen Ende. Und bei älteren Kühen wurden normal auftretende Beschwerden von Tierärzten eben mit Diclofenac behandelt. Die Geier nahmen den Wirkstoff durch den Verzehr der Rinderkadaver auf und starben an den Folgen.

Festgestellt hat man das Ganze, weil die Rinderkadaver auf Mülldeponien entsorgt wurden. Dort traten dann mehr und mehr wilde Hunde auf, da die Geier langsam aber sicher zurück gingen. Und über die steigende Zahl von Hundebissen bei Arbeitern auf Mülldeponien ist man dieser Wirkungskette langsam auf die Schliche gekommen. Und die Hundebisse hatten massiv zugenommen, es gab viele Menschen, die an Tollwut gestorben sind. Ein paar Links zu dem Thema:

Es gab zur Episode WSR031 MRSA, Schneeglöckchen und Alkaloide zwei Kommentare von Hörer*innen. Bernd und André reden kurz über diese weiteren Informationen und ordnen ein, wie sie zu ihren jeweiligen Aussagen gekommen sind. Die unten verlinkten Kommentare wurden auch von Bernd und André dort beantwortet.

Wir bedanken uns bei Dr. Florian Kloß vom HKI für seine Bereitschaft ,sich Zeit zu nehmen ,um einige Dinge bzgl. der Desinfektion zu klären.

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Bernd ist in Jena, am Hans-Knöll-Insitut (HKI), Leibniz-Insitut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie und spricht mit Dr. Christine Beemelmanns, die die Abteilung Chemische Biologie der Mikroben-Wirt Interaktionen leitet.

Christine spricht mit Bernd über Termiten und Polypen (Hydraktinien), deren Lebensgemeinschaften mit anderen Organismen spannende Naturstoffe für die Wirkstoffforschung hervorbringen.

Christine erzählt dabei, wie ihre Forschungsreisen als  größere Kooperationsprojekte vor allem in Südafrika ablaufen, aber auch, wie ihre Arbeitsumgebung und die Laborsysteme  am HKI in Jena aufgebaut sind.

(Im Podcast gibt es Kapitelmarken, die den Zwischenüberschriften hier im Text entsprechen, so dass es einfacher ist, bestimmte Teile erneut zu hören. Nicht jede Kapitelmarke hat eine Zwischenüberschrift, manchmal fassen wir mehrere Kapitelmarken unter einer Überschrift zusammen.)

Symbiose ist die Interaktion zwischen zwei Partnern, zum Beispiel Insekten und Mikroorganismen, die gemeinsam leben und so einen Vorteil haben, im Vergleich zum Leben ohne den Partner. Auch die Darmbakterien beim Menschen leben in Symbiose mit uns. Wenn diese Interaktion sehr einseitig ist, und nur ein Partner einen Vorteil hat, dann nennt man das eher Parasitismus, stammend vom Wort Parasit. Etwas anders fasst es der Begriff Mutualismus, den Christine auch erwähnt – davon spricht man, wenn die beiden Partner zum Überleben voneinander abhängig sind.

Christine beschäftigt sich mit Pilzzüchtenden Termiten aus Südafrika und untersucht deren Zuchtpilz und die darauf wachsenden Mikroorganismen.

Bernd fragt nach, ob Termiten und Hydraktinien unter Laborbedingungen gehalten werden können, weil z.B. Pfeilgiftfrösche ihr Gift während der Haltung verlieren. Christine erklärt, dass sie keine ganzen Symbiose-Systeme aufbauen kann, sondern nur spezielle Teile des Systems.

Auf Christines Homepage am HKI findet Ihr viele Abbildungen, die einen Einblick in ihre Forschung geben und man findet dort auch Bilder aus der Feldforschung, die eine gute Vorstellung über die Größe eines Termitenstaates geben.

Wie wir schon bei der Wirkstoffradio Folge „WSR003 Vom Naturstoff zum Wirkstoff – Interview mit Prof. Wessjohann“ gehört haben, gilt auch bei den Proben von Christine Beemelmanns die Regel des Nagoya-Protokolls (Wikipedia).

Auf der Seite Morphogene Signalmoleküle am HKI hat Christine  weiterführende Informationen zu den Molekülen und Biofouling erstellt.

Christine beschreibt, das ihre Gruppe drei bis fünf neue Naturstoffe pro Jahr identifiziert, die  nicht alle für den weiteren Einsatz von Interesse sind, aber wichtig für die Aufklärung des symbiontischen systems.

Biofouling ist ein Prozess, der vor allem bei technischen Oberflächen unter Wasser Probleme bereitet, weil es durch die Ansiedlung von Organismen zum Abbau der Strukturen kommen kann. Im deutschsprachigen Raum kennt man es vor allem als Fouling im Schiffsbau.

seit 12/2013 ist Christine Juniorgruppen-Leiterin am HKI und zur Zeit ist Sie Goering Visiting Assistant Professor an der Universität von Wisconsin-Madison.

Verweis auf den „Leibniz Research Cluster“  (WSR009 Enzymen bei der Arbeit zusehen mit CARS-Mikroskopie – Interview mit Dr. Erik Freier)

Christine hat ein Youtube Video erstellt, in dem sie ausführlich zeigt, was an Pilzzüchtenden Termiten so spannend ist.

Außerdem gibt es für die kleinen Wissenschaftler*Innen ein Malbuch zum Herunterladen als PDF.

Wir bedanken uns ganz herzlich bei Dr. Christina Beemelmanns für ihre Zeit und die Ausführungen und Erklärungen zum Thema.

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Bernd und André sitzen zusammen und sprechen über Dinge der letzten Folge, den Wirkstoff des Monats und ein paar andere Dinge.

Da es in der letzten Folge WSR030 Antibiotika & Resistenzen: Geschichte, gesellschaftliche Bedeutung und Antiinfektiva-Forschung auch um Antibiotikaresistente Bakterien wie MRSA ging, hat André dazu mehr Details mitgebracht. Bernd hat einen Wirkstoff des Monats ausgewählt, und zwar das Galantamin, das zur Gruppe der Alkaloide gehört. Außerdem gibt es noch ein paar Termine für März und April 2020.

(Im Podcast gibt es Kapitelmarken, die den Zwischenüberschriften hier im Text entsprechen, so dass es einfacher ist, bestimmte Teile erneut zu hören. Nicht jede Kapitelmarke hat eine Zwischenüberschrift, manchmal fassen wir mehrere Kapitelmarken unter einer Überschrift zusammen.)

In der letzten Episode WSR030 Antibiotika & Resistenzen: Geschichte, gesellschaftliche Bedeutung und Antiinfektiva-Forschung haben Bernd und André mit Dr. Florian Kloß vom Hans-Knöll-Insitut (HKI), Leibniz-Insitut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie, gesprochen und Florian hat eine kleine Korrektur zu den Zahlen nachgereicht, die er im Interview genannt hat. Er sprach von 700 000 „Fällen“ von Infektionen mit Antibiotikaresistenten Bakterien – korrekt hätte es „Todesfälle“ heißen müssen. Dies und viele weitere Zahlen kann man in einem sehr ausführlichen Report des Wellcome Trust nachlese. André empfiehlt den Atlas der ECDC (European

André hatte zu seiner Zivildienst-Zeit im Rettungsdienst öfter mit MRSA zu tun und  wollte dazu noch etwas Hintergrund liefern, da in der letzten Episode dieses Thema nur am Rande angesprochen wurde.

MRSA war ursprünglich die Abkürzung für Methizillin-resistenter

André berichtet darüber, wie die Weiterverbreitung besonders in Krankenhäusern oder anderen Pflegeeinrichtungen von MRSA fortgeschritten ist. Er spekuliert auch, wie dies mit dem Ausbildungssystem im Gesundheitswesen zusammen hängen könnte.

MRSA wird seit den 1908er Jahren in verschiedene Kategorien eingeteilt, je nachdem in welchem Umfeld die Infektion statt fand. Dabei wird unterschieden zwischen:

Wobei HA alles mit Pflegeeinrichtungen (Krankenhaus, Seniorenheim etc.) gemeint ist, CA in Gemeinschaften wie Kindergärten oder ähnlichem und LA für die Infektionen aus der Tierhaltung steht.

Seit 2010 ist das Antibiotikum Vancomycin das Mittel der Wahl bei bei MRSA-Infektionen. Dieses Antibiotikum wurde auch in der letzten Folge mit Floria angesprochen – es wird nur in Krankenhäusern mittels einer Injektion verabreicht. Seit dieser Zeit sind auch die Fallzahlen von MRSA rückläufig, nicht allein wegen der Behandlung mit Vancomycin.

In Bald’s Leechbook aus dem 10. Jarhundert wurde eine Rezeptur für eine Augensalbe gefunden, die eine Wirkung gegen MRSA gezeigt hat. Die genaue Rezeptanweisung und verschiedene Veröffentlichungen und Blogartikel dazu finden sich hier.

Der Wirkstoff des Monats ,den Bernd mitgebracht hat, ist Galantamin.

Bernd ist darauf gekommen, weil er ein paar Schneeglöckchen in seinen Blumenkästen auf dem Balkon gesehen hat und seine Frau ihm den Hinweis gab, dass Schneeglöckchen eben die Quelle für Galantamin sind. Benannt wurde dieser Wirkstoff nach dem lateinischen Namen für das Schneeglöckchen: Galanthus nivalis. Das Galantamin gehört zur Gruppe der Alkaloide, zu denen auch Coffein, Morphin oder Capsaicin gehören. Wie der Scharfstoff Capsaicin wirkt, wurde in der Episode WSR017 Warum Chili heiß und Minze kühl schmeckt oder was Chemesthetik ist besprochen.

Die Einordnung der Alkaloide ist eher eine historische Einordnung, erzählt Bernd. Man könnte es zusammenfassen mit: basische Substanzen, die man aus Pflanzen extrahiert hat. Meistens handelt es sich bei Alkaloiden um Bitterstoffe. André hatte sofort die Assoziation mit Alkalimetallen, die Bernd auch erklärt. Bei dieser Gruppe von Elementen sind die Salze auch starke Basen.

Das Galantamin ist ein Antidimentivum, das sehr spezifisch gegen die Alzheimer-Krankheit wirkt, eine bestimmte Form der Demenz. Durch das Galantamin kann das Erinnerungsvermögen verbessert werden, aber nur, wenn dies durch die Alzheimer-Krankheit beeinträchtigt ist, und dort eine Acetylcholin-Störung vorliegt. Denn bei Alzheimer-Patienten ist das Gleichgewicht zwischen Acetylcholin-Rezeptoren und dem Enzym zum Abbau von Acetylcholin oft gestört. Galantamin wirkt sowohl auf die Rezeptoren als auch auf das Acetylcholin im synaptischen Spalt. Daher kann dieser Wirkstoff gesunden Menschen nicht ein besseres Erinnerungsvermögen verschaffen. Galantamin kann auch als „Gegenmittel“ gegen bestimmte Nervengase eingesetzt werden oder gegen Muskelrelaxanzien, denn diese Stoffe setzen ebenfalls bei den Acetylcholin Rezeptoren und/oder den Acetylcholin-abbauenden Enzymen an.

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Bernd und André sind in Jena zu Gast am Hans-Knöll-Institut (HKI), Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie bei Dr. Florian Kloß, der die Transferabteilung Antiinfektiva leitet.

Florian führt ein in die Welt der Infektionskrankheiten und in die Forschung an Wirkstoffen gegen Infektionen- die Antiinfektiva. Dabei werden die Anfänge des Penizillins, die Wirkungsweise von Antibiotika und die Antibiotika-Resistenzbildung besprochen, aber auch die Suche nach neuen Antibiotika, seine Forschungsprojekte dazu und mit welchen Schwierigkeiten ein/e Wissenschaftler*in auf diesem Gebiet zu tun hat. Es wird auch ein Einblick gewährt in den Ablauf einer präklinischen und klinischen Phase für einen Wirkstoff aus diesem Bereich und darüber gesprochen, wie Antibiotika bisher wahrgenommen wurden und wie man sie in Zukunft sehen sollte.

Bernd wurde auf der Jahrestagung der Leibniz-Gemeinschaft auf Florian aufmerksam. Im Rahmen der Jahrestagung trifft sich auch der Leibniz-Forschungsverbund Wirkstoff und Biotechnologie, in dem sowohl Bernd als auch Florian mitwirken.

(Im Podcast gibt es Kapitelmarken, die den Zwischenüberschriften hier im Text entsprechen, so dass es einfacher ist, bestimmte Teile erneut zu hören. Nicht jede Kapitelmarke hat eine Zwischenüberschrift, manchmal fassen wir mehrere Kapitelmarken unter einer Überschrift zusammen.)

Antiinfektivum (oder Mehrzahl Antiinfektiva) ist ein Überbegriff für Mittel gegen Infektionskrankheiten. Dazu gehören Antibiotika (wirksam gegen Bakterien), antivirale Mittel (gegen Viren) und Mittel, die gegen Parasiten/Würmer wirken (Würmer: Antihelminthika).

Die meisten Erkältungserkrankungen werden zunächst durch einen Virus ausgelöst und werden dann oft zusätzlich von einer bakteriellen Infektion begleitet, erklärt Florian. Das heißt, dass ein Antibiotikum, das nur gegen Bakterien wirkt, gar nicht die Ursache bekämpfen kann. Bei einer Erkältungserkrankung ist immer Geduld gefragt.

Ein Virus ist kein Lebewesen. Jeder Virus benötigt eine Wirtszelle, in die er seine Erbinformation injiziert, und sie damit dazu bringt, weitere Viren zu produzieren. Ein Wirkstoff gegen einen Virus muss entweder die massenhafte Produktion von Viren in einer Zelle  oder die Viruskapsel selbst erkennen. Das heißt, es gibt nicht sonderlich viele Angriffspunkte für ein antivirales Mittel, das immer sehr spezifisch gegen den Virus sein muss, den es bekämpfen soll.

Bakterien sind Einzeller, also lebende Organismen,  sie unterscheiden sich jedoch stark von den Zellen, die den menschlichen Körper aufbauen. Da in jedem Bakterium spezifische biochemische Prozesse ablaufen, kann man diese direkt angreifen. Beispielsweise sind die Peniziline eine Wirkstoffgruppe, die die Stabilisierung der Zellwände der Bakterien verhindert, so dass die Bakterien sich nicht weiter vermehren können und absterben. Aber es gibt noch viele andere Ansatzpunkte in einem Bakterium, an dem ein Antibiotikum angreifen kann, so dass ein Antibiotikum nicht zwangsläufig immer nur gegen ein spezifisches Bakterium wirkt, sondern gegen eine Vielzahl.

Da die Wirkmechanismen grundverschieden sind, wirkt ein Antibiotikum nicht gegen einen Virus und ein antivirales Mittel nicht gegen ein Bakterium.

Florian erzählt zunächst von der Entdeckung des Penizillins. Links dazu:

Penizillin wurde 1928 von Alexander Flemming entdeckt – das hat noch nichts mit Jena zu tun. In den letzten Jahren des zweiten Weltkriegs und in der Nachkriegszeit benötigte man große Mengen des Penizillins und mit der Produktion dieser großen Mengen war Hans Knöll in Jena befasst, nach ihm ist auch das Institut benannt, an dem Bernd und André mit Florian sprechen.

Da Penizillin in einem Schimmelpilz entdeckt wurde, war dies der Ausgangspunkt für die Suche nach weiteren Inhaltsstoffen, die in der Natur   vorkommen. Dadurch wurden weitere Antibiotika gefunden. Der generelle Prozess der Suche nach neuen Wirkstoffen aus der Natur wird in Episode WSR003 vom Naturstoff zum Wirkstoff beschrieben.

Bis in die 1960er Jahre wurde so nach neuen Antibiotika gesucht und man wurde fündig. Tatsächlich war man damals der Überzeugung, dass sieben bis acht Antibiotika ausreichen, um bakterielle Infektionskrankheiten ein für alle Mal zur besiegen.

Den Wirkmechanismus eines Antibiotikum aufzuklären ist eine große Herausforderung. Lange war unklar, wie genau Penizillin wirkt und auch bei später entdeckten Antibiotika war die Aufklärung des Wirkmechanismus langwierig.

Florian sagt, dass er des öfteren von Patient*innen hört, dass sie oder er „resistent“ gegen ein bestimmtes Antibiotikum geworden sind. Das ist eine Fehleinschätzung, denn ein Antibiotikum wirkt gegen Bakterien, also kann höchstens ein krankheitserregendes Bakterium resistent geworden sein, nicht der Mensch an sich. Das heißt aber auch, dass es keine Rolle spielt wie oft ein bestimmter Mensch ein Antibiotikum genommen hat – die persönliche Historie von Antibiotika Einnahmen spielt für eine Antibiotikaresistenz keine Rolle.

Je mehr Antibiotika eingesetzt werden, um so öfter treten Antibiotika-Resistenzen auf, denn die Bakterien werden dadurch trainiert – die Ausbildung von Antibiotikaresistenzen ist also eher ein gesamtgesellschaftliches Problem und nicht ausgelöst durch einzelne Menschen.

Bereits dem Entdecker des Penizillin, Alexander Flemming, war klar, dass es zu einer Antibiotikaresistenz kommen kann. Dies konnte er sogar im Labor bei den ersten Experimenten mit Penizillin um 1928 nachstellen.

Das Problem der Antibiotikaresistenz von Bakterien wurde allerdings erst Anfang der 1980er Jahre wirklich klar, als einige Staphylokokken gegen das Antibiotikum Methicillin resistent wurden. Kurz nach dieser Entdeckung wurden immer mehr Resistenzen gegen verschiedene Bakterien gefunden. Nicht nur bei den sog. grampositiven Bakterien, sondern auch bei den gramnegativen Bakterien. Letztere haben eine zusätzliche Außenhülle, was dafür sorgt, dass diese Bakterien gar nicht mit allen Antibiotika behandelt werden können.

Florian ordnet ein, wie die Situation zur Zeit mit Antiobiotikeresistenzen aussieht: Es erkranken nicht wenige Menschen an Bakterien, die eine Antibiotikaresistenz aufweisen. Nur ganz selten ist es bereits vorgekommen, dass ein Bakterium eine Resistenz gegen alle Antibiotika gezeigt hat. Glücklicherweise handelte es sich dabei immer im Bakterien, die sich relativ schlecht ausbreiten, also die eine geringe Ansteckung aufweisen. Florian sagt aber auch, dass man auf die Situation vorbereitet sein muss, in der ein Bakterium eine Resistenz gegen alle Antibiotika aufweist und auch eine hohe Ansteckungsrate besitzt.

So gut wie alle eingesetzten Antibiotika stammen aus den “goldenen Jahren” der Antibiotikaforschung, wie es Florian nennt, aus den 1940er, 1950er und 1960er Jahren. Zwar wurden davon viele Wirkstoffe noch durch kleine Modifikationen verbessert, aber die meisten stammen aus dieser Zeit.

Florian erwähnt MRSA (Methicillin Resistenter Staphylokokkus Aureus), bei dessen Nennung sich André an seine Zivildienstzeit im Rettungsdienst erinnert fühlt. Oft wird die Abkürzung am Anfang fälschlicherweise als “multi-resistent” gelesen. MRSA stellt allerdings nicht eine große Gefahr dar, denn in den frühen 2000er Jahren wurden zwei neue Antibiotika auf den Markt gebracht, mit denen MRSA, die zu den grampositiven Bakterien zählen, gut behandelt werden können. Eines dieser Mittel ist Daptomycin, das es nur als Injektionsmedikament gibt und so gut wie nur in der Intensivmedizin verabreicht wird, so dass kaum ein Bakterium auf dieses Antibiotikum trainiert werden kann.

Tatsächlich machen sich Wissenschaftler*innen vor allem Sorgen um gramnegative Bakterien, denn gegen die wurde seit mehr als 20 Jahren kein neues Antibiotikum entdeckt, sondern lediglich die bereits bestehenden durch sogenannte Wirkverstärker verbessert.

Die Pharmaindustrie hat in den letzten Jahren versucht, ein Schema zu entwickeln, um mögliche Naturstoffe oder Verbindungen zu finden, die antibiotisch wirken – was aber leider nicht gelungen ist. Dabei war dieser Ansatz durchaus erfolgversprechend, da dieses Vorgehen bei der Suche nach neuen Wirkstoffen gegen Krebs extrem erfolgreich gewesen ist. Florian berichtet hier noch weitere Details vom Vorgehen und stellt auch heraus, dass besonders in den 1990er Jahren unterschätzt wurde, dass ein gefundener Wirkstoffkandidat auch die Fähigkeit besitzen muss, in das Bakterium eindringen zu können. Gerade bei gramnegativen Bakterien, die mit der verstärkten Außenhülle, stellt dies das größte Problem dar.

Die Suche nach neuen Antibiotika in der Anfangszeit gestaltete sich ganz anders: Man hat viele Pilze und auch Bakterien kultiviert und deren Stoffwechselprodukte auf ihre antibiotische Wirkung hin getestet. Dieser Ansatz ist weniger schematisch, aber er  adressiert  automatisch die Problematik, wie der Wirkstoff vom Bakterium, das abgetötet werden soll, aufgenommen wird: Eine Wirkung stellt man bei diesem Test immer nur dann fest, wenn sowohl eine antibiotische Wirkung als auch die Eindringfähigkeit vom Wirkstoff in das Bakterium gegeben sind.

Antibiotika besitzen einen gravierenden Unterschied im Vergleich zu allen anderen Medikamenten: Bei Antibiotika ist es wichtig, wie oft sie weltweit verabreicht werden und generell gilt: je weniger umso besser. Bei keinem anderen Medikament ist das in diesem Ausmaß so, wie bei den Antibiotika, und das stellt auch ein Problem für die Entdeckung neuer Wirkstoffe dar. Denn wenn ein Pharmaunternehmen ein neues Antibiotikum entwickeln würde, dann hätte es ja ein finanzielles Interesse dieses Medikament möglichst häufig zu verkaufen. Dies steht im Widerspruch zu einem sparsamen Einsatz von Antibiotika, um Resistenzen möglichst gering zu halten.

Florian bezeichnet Antibiotika als einen Sicherheitsmechanismus unseres Gesundheitssystems, denn unter Umständen sind diese Mittel die letzte “Waffe”, um einen Menschen noch zu retten.

Dabei handelt es sich um ein Antibiotikum, das sehr effizient sowohl gegen grampositive als auch gramnegative Bakterien wirkt. Und diese Mittel werden in ihrer Anzahl immer weniger, da immer mehr Bakterien auch gegen diese Antibiotikaresistenzen entwickeln. Diese Breit-Spektrum-Antibiotika möchte man immer nur dann einsetzen, wenn ein Leben bedroht ist und keine Zeit für eine genau Untersuchung der krankheitsauslösenden Bakterienart bleibt. Denn ein Antibiotikum, das so gut wie alle Bakterien angreift, wird auch beispielsweise die Bakterien angreifen, die für die Verdauung im menschlichen Körper wichtig sind, und quasi den Darm “chemisch reinigen”, wie Bernd sich im Gespräch ausdrückte.

Die meisten Pharmafirmen haben sich aus der Forschung an neuen Antibiotika zurück gezogen, beispielsweise auch Jenapahrm, die durch die Herstellung von Penizillin überhaupt erst groß geworden ist. Es gibt noch vereinzelt Firmen, die in dem Bereich Forschung betreiben, meistens kleinere Firmen, die auf eine einzelne, spezialisierte Technologie setzen. Neben den Gründen, die Florian schon vorher angesprochen hat, ist auch der sehr niedrige Verkaufspreis von Antibiotika dafür als Grund zu nennen. Aber auch Wissenschaftler*innen an Instituten wie dem HKI oder an Unis arbeiten in manchen Bereichen an der Suche nach neuen Antibiotika.

Florian ordnet ein, welche Investitionen für die Entwicklung und Zulassung eines neuen Antibiotikums nötig sind und nennt Zahlen von 500 Million bis 1 Milliarde US-Dollar für ein Mittel. Diese Kosten müssen dann vom entwickelnden Unternehmen innerhalb von 10 Jahren wieder als Gewinne durch Verkauf rein geholt werden, denn nur so lange darf eine Pharmafirma allein Hersteller und Vertreiber eines Medikaments bleiben. Und daher ist auch klar, dass man die Logiken, die für andere Medikamente gelten, nicht auf Antibiotika übertragen sollte. Es werden seit einigen Jahren andere Anreizsysteme für die Forschung und Entwicklung an Antibiotika diskutiert, und Florian bringt Beispiele für diese Überlegungen. Zusammenfassend kann man aber sagen: Die Entwicklung von Antibiotika ist eigentlich eine gesamtgesellschaftliche Aufgabe, vergleichbar mit dem Unterhalt einer Feuerwehr – der Unterhalt nützt jedem, wenn es Ernst wird und bezahlt wird die Feuerwehr ausdrücklich nicht nach Einsatzanzahl.

Bernd und André wollen von Florian wissen, was die Transfergruppe Antiinfektiva am HKI genau macht. Das kann man  wie folgt zusammenfassen: Wenn Wissenschaftler*innen aus anderen Gruppen einen Wirkstoff entdecken, der evtl geeignet wäre für ein Medikament, dann kommt die Transfergruppe ins Spiel und lotet aus, was getan und getestet werden muss, um eine klinische Studie vorzubereiten und ggf. durchzuführen. Ab hier sind die Shownotes etwas kürzer gehalten. Hier ist der Link zu den Tätigkeitsfeldern der Transfergruppe:

Die Begriffe Leitstruktur und Substanzklasse wurden bereits in früheren Episoden besprochen. Die Folge WSR001 Was sind Wirkstoffe? ist ein guter Startpunkt.

Zur Wirkstoffentwicklung hat Bernd bereits in Episode WSR008 Die Statistik der HIV-Selbsttests und Wirkstoff Screening einen Überblick gegeben, von seiner Arbeit beim Screening bis hin in die präklinische und klinische Phase. Florian erzählt dies detaillierter für die Transfergruppe. Hier eine kleine Linkliste zu einigen Stichworten:

Florian ist zur Zeit stark in das BTZ-Projekt involviert. Dieses Projekt beschäftigt sich mit der rationalen Entwicklung neuer Wirkstoffgenerationen gegen Mycobacterium tuberculosis, den Erreger der Tuberkulose. Zusätzlich werden im Rahmen der Arbeiten bisher unbekannte Wirkstoffabbauwege auf molekularer Ebene studiert, um die Wirksamkeit und Wechselwirkungen in der klinischen Entwicklung befindlicher Antituberkulosewirkstoffe besser verstehen und vorhersagen zu können. Links zu den verschiedenen Unterprojekten:

Florian erklärt auch die verschiedenen Abschnitte der klinische Phase, sogar noch detaillierter als es im bereit gestellten Link bei der Wikipedia steht. Die verschiedenen Phasen werden teilweise noch weiter geteilt.

Florian fasst hier noch einmal zusammen, warum Antibiotika so ein besonderer Fall sind – für die Gesellschaft im allgemeinen; welche Maßnahmen ergriffen werden sollten und wie es gelingen kann, dass Antibiotika eher als „Feuerwehr“ gesehen werden.

Bis zum Jahr 2050 wird erwartet, dass die Zahl der Infektionskrankheiten sich um den Faktor 10 erhöht. Diese Prognose ist mit den Auswirkungen des Klimawandels durchaus vergleichbar und ein ebenso ernstzunehmendes Problem.

Florian sagt, wenn er ein Grundlagenforscher wäre, dann hätte er sicher ein Lieblingsmolekül. Aber da er im Bereich Transfer arbeitet, darf er ja eigentlich gar kein Lieblingsmolekül haben, denn bei ihm müssen alle Moleküle am Anfang die gleichen Startvoraussetzungen haben.

Wenn er ein Lieblingsmolekül nennen muss, dann würde er sagen, dass es wohl ein unkompliziertes wäre. Eines, das wenig Ecken und Kanten hat, sich einfach herstellen lässt und einem wenig Kopfschmerzen bereitet und vielleicht auch ein bisschen toxisch, damit es in der präklinischen Phase nicht all zu viele Kosten verursacht.

Wir bedanken uns ganz herzlich bei Dr. Florian Kloß für seine Zeit und die Erklärungen, Ausführungen und Einschätzungen zum Thema.

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Frohes neues Jahr! Bernd und André sitzen diesmal nicht zusammen bei Bernd im Wohnzimmer, sondern nehmen von unterschiedlichen Orten aus auf.

Diesmal geht es um einige weitere Entwicklungen zu CRIPR/Cas, dem Thema aus der letzten Episode WSR028 Die „Gen-Schere“ CRISPR/Cas, darum wie Impfen als Thema besprochen wird, es gibt wieder einen Wirkstoff des Monats, nämlich Hyaluronsäure, eine kurze Betrachtung des Science Communication Centers (SCC) auf dem 36c3 und was Wirkstoffradio 2020 so vor hat und wie es sich finanziert.

(Im Podcast gibt es Kapitelmarken, die den Zwischenüberschriften hier im Text entsprechen, so dass es einfacher ist, bestimmte Teile erneut zu hören. Nicht jede Kapitelmarke hat eine Zwischenüberschrift, manchmal fassen wir mehrere Kapitel zusammen.)

Bernd und André bedanken sich bei Dr. Katrin Leinweber und Dr. Anna Müllner dafür, dass sie sich auf dem 36. Chaos Communication Congress (36c3) die Zeit genommen haben, etwas zum Thema CRISPR/Cas zu erzählen. Zu diesem Thema gab es direkt nach der Aufnahme von Episode WSR028 Die „Gen-Schere“ CRISPR/Cas neue Entwicklungen, genauer gesagt zu den CRISPR Babys.

André geht die Entwicklungen chronologisch durch. Im Frühjahr 2019 gab es Untersuchungen zum Gen CCR5-Gen und den durch dieses Gen codierten Rezeptor. Dieser Rezeptor sorgt für eine bedingte Immunität gegen das HI-Virus, hat aber auch noch andere Funktionen, beispielsweise spielt der CCR5-Rezeptor in Mäusen anscheinend eine Rolle, wenn es um die Regeneration nach einem Schlaganfall geht. Dies wurde in den folgenden beiden Studein dargelegt:

Ein Jahr nachdem die CRISPR Babys publik wurden, ist immer noch kein wissenschaftlicher Artikel darüber erschienen. Das Medium MIT Technology Review, die damals zuerst von den CRISPR Babys berichteten haben anfangen Daten auszuwerten und durch Experten bewerten zu lassen. Anscheinend gab es eine Einreichung bei der Fachzeitschrift Nature, die den wissenschaftlichen Aufsatz wegen ethischer Bedenken und wegen fehlenden Antworten zu Rückfragen abgewiesen hat.

Am 30.12.2019 wurde gemeldet, dass der Verantwortliche WIssenschaftler He und zwei Seiner Kolleg*innen zu Geld- und Haftstrafen verurteilt wurden.

Der Wissenschaftsjournalis Marcus Anhäuser macht großartige Arbeit mit seinem Projekt CRIPRhistory bei RiffReporter.

Bernd hat etwas zum Thema Impfen gefunden, genauer gesagt etwas, wie über das Impfen gesprochen wird. Dieses Thema wurde in der Episode WSR026 Cholesterin-Partikel, Statine, Impfen und wie darüber gesprochen wird bereits behandelt. Dort ging es um die Veranstaltung „Leibniz debattiert: Impfen“, bei der Bernd dabei gewesen ist. Eine der Teilnehmerinnen auf dem Podium hat nun bei Deutschlandfunk Nova in der Sendung „Hörsaal“ einen Beitrag zum gleichen Thema geliefert und Bernd ist nach dem hören der Sendung sehr begeistert gewesen. Zum Vergleich ist die Sendung vom Deutschlandfunk und das Video von „Leibniz debattiert: Impfen“ verlinkt:

Was Impfgegner und Gegner von Impfgegnern wissen sollten, Deutschlandfunk Nova, Hörsaal

Die Veranstaltung „Leibniz debattiert: Impfen“:

Bernd hat wieder einen Wirkstoff das Monats ausgesucht, dieses mal die Hyaluronsäure. Die Hyaluronsäure kommt in Cremes und Lotionen vor, aber auch noch in anderen Dingen, wie Augentropfen. Allerdings hat es auch medizinische Anwendungen, da es ein körpereigener Stoff ist und an vielen Orten im Körper vorkommt.

Hyaluronsäure kann sehr gut Wasser binden – sehr gut heißt in diesem Fall, dass 1g Hyaluronsäure bis zu 6 Liter Wasser binden kann. Sie besteht aus langkettigen Zuckerverbindungen. Diese langen Ketten werden aus Untereinheiten aus Glucuronsäure und Acetylglucosamin gebildet, deswegen bezeichnet man die Hyaluronsäure auch als Disaccharid, da die Kettenglieder aus zwei Zuckern zusammen gesetzt sind (siehe Bild unten).

Im Glaskörper des Auges kommt Hyaluronsäure genauso vor wie in der Gelenkschmiere in unseren Gelenken oder in der Bandscheibe. Lediglich die Konzentrationen ändern sich bei den verschiedenen Bereichen in denen die Hyaluronsäure vorkommt.

Bei Arthrose-Erkrankungen wird auch teilweise Hyaluronsäure direkt in das Gelenk verabreicht – diese Therapie hat aber durchaus Nachteile. Hyaluronsäure kommt auch in Augentropfen vor und ist Bestandteil von Gelpflastern, zu denen beispielsweise Blasenpflaster zählen. Auch bei Sodbrennen wird die Haluronsäure angewendet.

Physiologisch kommt die Hyluronsäure auch vor, wenn Gewebe anschwillt, so dass zum Beispiel weiße Blutkörperchen sich zwischen Zellen bewegen können.

Bei Studien in Nacktmullen wurde vermutet, dass langkettige Hyaluronsäuren dazu beitragen können, dass Krebs nicht auftritt. Nacktmulle sind eine sehr besondere Tierart, die der Forschung noch viele Rätsel aufgeben. Nicht nur sind sie eusozial, also organisiert wie ein Bienenvolk, sie zeichnen sich auch durch ein sehr langes Leben aus (bis zu 30 Jahre, andere Tiere dieser Größe werden im Schnitt 2 Jahre alt) und dadurch das sie nie Krebs bekommen. Aber ob hier wirklich die Hyaluronsäure eine Schlüsselrolle spielt ist unklar.

Bernd und André waren auf dem 36. Chaos Communication Congress (36c3) in Leipzig. Sie haben dabei viele Menschen getroffen. André würde aber sehr gerne noch ausdrücklich jemanden ganz explizit grüßen, nämlich Philip Schunke vom Gesundheit. Macht. Politik. Podcast.

Bernd hat auf dem 36c3 ein Assembly organisiert. Ein Assembly sind kleine Bereiche auf dem Congress, in dem sich Menschen mit den gleichen Interessen oder die am gleichen Projekt arbeiten, zusammenfinden und austauschen können. Dieses Jahr gab es zum ersten Mal ein Science Communication Center (SCC) und da es sehr gut angekommen ist, soll dies wohl wiederholt werden. Wer Interesse hat, bei zukünftigen Planungen miteinbezogen zu werden, kann gerne ein eMail an [email protected] schicken. Bernd erwähnt Lambert Heller, mit dem er zusammen eine selbstorganisierte Session angeboten hat. Es soll auch auf den Vortrag von Manuel hingewiesen werden, der hier verlinkt und eingebettet ist.

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Außerdem geht der Dank von Bernd und André an Simon Waldherr, der mit seinem „Tschunk-Bot“ das SCC bereichert hat und an Iris vom ScienceKompass Podcast, die sich um Material und Deko gekümmert hat.

Am 10.03.2020 findet das Open Science Barcamp in Berlin statt. Die Anmeldung ist kostenlos. Das ist quasi der Auftakt zur Open Science Conference, die jedes Jahr in Berlin statt findet.

Bernd und André bedanken sich ganz herzlich beim Leibniz-Insitut für molekulare Pharmakologie (FMP), bei dem Bernd arbeitet und ihn Zeit für das Wirkstoffradio einräumen. Außerdem danken sie dem Leibniz-Forschungsverbund Wirkstoffe und Biotechnologie, der bereits 2019 und auch wieder 2020, eine finanzielle Unterstützung bereit stellt, damit das Wirkstoffradio von Bernd und André weiterhin betrieben werden kann.

Das Wirkstoffradio bemüht sich darum, bei passenden Forschungsanträgen einen Teil der Wissenschaftskommunikation zu machen, in Zusammenarbeit mit dem beantragenden Wissenschaftler*innen und den jeweiligen Stellen für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit.

Zum Abschluss: Vom 20. bis 22. April 2020 wird es die Wirkstofftage in Hamburg geben, und diese wissenschaftliche Konferenz wird vom Wirkstoffradio begleitet. André wird dort einige neue Formate moderieren und mitgestalten, aber vor allem wird das Wirkstoffradio alle Wissenschaftler*innen, die mit einem Poster vertreten sind, interviewen (wenn sie denn wollen) und diese Interviews auch hier veröffentlichen und Details zu den Forschungsprojekten erklären.

Wir freuen uns immer über Feedback: per Mail unter [email protected], in den Kommentaren unter den einzelnen Episoden, über Twitter @wirkstoffradio oder auch als Bewertung bei iTunes oder panoptikum.social.

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