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Erfolg in der Forschung

geschrieben von Marietta Hülsmann im Januar 2018

Forscher-Team der Leuphana Universität entwickelt umweltverträglichere Antibiotika

Ciprofloxacin ist ein häufig eingesetztes Antibiotikum. Nach medizinischer Verwendung gelangt es — wie andere Antibiotika auch — weitgehend unverändert in die Umwelt und ist dort weiterhin aktiv. Das Wachstum resistenter Keime wird bereits durch kleine Konzentrationen des Medikaments gefördert. Dem Team um Professor Dr. Klaus Kümmerer von der Leuphana Universität ­Lüneburg ist es jetzt gelungen, Antibiotika zu entwickeln, die durch natürliche Zerfallsprozesse in der Umwelt unwirksam werden, die Wirkstoffe sind zum Patent angemeldet.
Etwa 33 Tonnen Ciprofloxacin werden jährlich in Deutschland in der Human- und Tiermedizin eingesetzt. Der Verbrauch steigt weiter. Der Wirkstoff reichert sich in Gewässern, deren Sedimenten, im Klärschlamm oder Böden an. Dort kann er zur Ausbreitung von Resistenzen beitragen. Ciprofloxacin wird ähnlich wie andere Arzneimittelwirkstoffe auch von Nahrungspflanzen aufgenommen. Fünf Jahre lang arbeiteten Forscherinnen und Forscher an der Leuphana Universität Lüneburg an der Entwicklung eines Antibiotikums, das nach seiner medizinischen Verwendung zerfällt. Die Antwort des wissenschaftlichen Teams um den Nachhaltigen Chemiker Prof. Dr. Klaus Kümmerer auf diese massive Umweltverschmutzung heißt „Benign by Design“. Nach diesem Ansatz werden neue Moleküle so konstruiert, dass sie umweltverträglicher sind. „Wir haben bisher Wirkstoffe entwickelt, die im Reagenzglas funktionieren, kein fertiges Medikament“, erläutert Kümmerer. Dies sei nun die Aufgabe von potentiellen Partnern in der Pharma­industrie.
Ciprofloxacin wurde wegen seiner häufigen Anwendung und seines langen Verbleibs in der Umwelt ausgewählt. „Wir mussten das Molekül sehr genau kennenlernen“, beschreibt Dr. Christoph Leder. Die Herausforderung: Damit der Wirkstoff zerfällt, mussten chemische Bindungen so klug destabilisiert werden, dass sie beispielsweise im Blut ausreichend stabil bleiben, nach ihrer Passage durch den Körper aber unwirksam werden. Der Biochemiker Leder, der bereits vor seiner Tätigkeit an der Leuphana in der Medikamentenentwicklung tätig war, war maßgeblich an der Entwicklung der umweltverträglicheren Antibiotika beteiligt. „Wir hatten die Ideen, die Fähigkeiten und die Förderung“, sagt der Wissenschaftler. Die Drittmittel für das hochmotivierte Forschungsprojekt wurden erst nach mehreren Anläufen bewilligt. „Wir mussten den Antrag mehrfach einreichen. Nicht alle haben an unsere Idee geglaubt, sie als zu riskant bewertet“, berichtet Kümmerer. Doch schließlich übernahm 2014 die Deutsche Bundesstiftung Umwelt die Förderung mit etwa 460.000 Euro. Bereits 2015 gelang es den Wissenschaftlern, die biologische Abbaubarkeit eines Beta-Blockers zu verbessern. „Wir zeigen, dass es geht“, fasst Christoph Leder zusammen. Der Bedarf für biologisch abbaubare Antibiotika sei groß: Allein Ciprofloxacin sorge für eine bedenkliche Umweltverschmutzung. „Um die in Deutschland jährlich verwendete Menge auf eine unbedenkliche Konzentration zu verdünnen, bräuchte man das Wasservolumen von sieben Bodenseen“, erklärt Leder. Besonders problematisch sei die Wirkung von Antibiotika in Abwässern: „Die Medikamente greifen die Bakterien des Wildtyps an, die Mutanten hingegen reagieren nicht und können sich weiter teilen. Der Klärprozess wird zum Inkubator für resistente Bakterien“, erklärt Leder und verweist auf Ergebnisse aus Schweden. Nach diesen neuen Erkenntnissen verschaffen bereits deutlich geringere Konzentrationen als bisher angenommen mutierten Bakterien einen Vorteil.
Das Ziel müssten deshalb möglichst geringe Konzentrationen sein. Die Hoffnungen von Klaus Kümmerer sind deshalb groß, dass die Abbaubarkeit von Antibiotika und anderen Arzneimittelwirkstoffen in der Umwelt ein Zulassungskriterium wird, da die Machbarkeit nun demonstriert wurde. ¶