Home Projekte Gentechnologie 10BI (Jg. 2003) Genteschnisch hergestellte Medikamente

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Herstellung gentechnisch veränderter Medikamente

Die Gentechnologie ist in der Forschung in den letzten Jahren zu einem unverzichtbaren Werkzeug geworden. Etliche Medikamente werden von der Industrie mit Hilfe gentechnisch veränderter Organismen hergestellt.

Vor allem körpereigene Wirkstoffe, die vorher nicht in ausreichender Menge oder nur sehr aufwendig gewonnen werden konnten, können nun in fast beliebiger Menge hergestellt werden. Einige Substanzen sind sogar nur auf dem gentechnischen Weg herstellbar. So werden z.B. die Blutgerinnungsfaktoren VIII und IX, die zur Behandlung der Bluterkrankheit (Hämophilie) eingesetzt werden, mit Hilfe gentechnisch veränderter („rekombinanter“) Zellen im großen Maßstab hergestellt.

1982 kam das erste gentechnisch hergestellt Medikament in den USA auf den Markt: Das menschliche Insulin. Seit 1922 wurde Insulin aus Bauchspeicheldrüsen  von Rindern und Schweinen gewonnen und für die Diabetesbehandlung verwendet. Dies ist möglich, da Säugetiere über Insulin verfügen, das sich vom menschlichen Insulin nur wenig unterscheidet hinsichtlich seiner Funktion aber gleich ist. Trotzdem verursacht tierisches Insulin bei einer Reihe von Patienten die Bildung von Antikörpern, die die Wirkung des Insulins aufheben (Insulin-Resistenz) oder/ und allergische Reaktionen auslösen können. Der entscheidende Nachteil dieser Art der Insulingewinnung ist allerdings die große Menge an tierischen Bauchspeicheldrüsen, die benötigt wird. Heute werden in Europa ca. 10% tierische Insuline verschrieben. Der restliche Teil wird heute durch gentechnisch veränderte Organismen gewonnen. Dabei kann die gentechnische Information als die Grundlage der Produktion von Humaninsulin auf zwei fast gleichwertigen Methoden erlangt werden: Durch die Isolierung des Gens aus dem menschlichem Genom oder durch die chemische Synthese des Gens aus des Nucleinsäurebausteinen.

Dieses Isulin-Gen wurde dann in Bakterien- oder Hefezellen eingeschleust, die dann Vorstufen des Humaninsulins (Proinsulin) produzieren, die dann enzymatisch in Humaninsulin umgewandelt werden können. 1982 etwa fünf Jahre nach den ersten Laborversuchen, konnten Diabetiker in der Apotheke schon Humaninsulin erhalten, das von Escherichier Coli Bakterien produziert worden war. Damit wurde die Insulingewinnung von der Verfügbarkeit von Rinder- und Schweinepanreaten unabhängig.

Derzeit gibt es verschiedene Produktionsweisen mit denen Humaninsulin hergestellt wird:

  1. Die Insulin-Produktion mit Hilfe von 2 Bakteriestämmen: Bei diesem Verfahren wird das Insulin-Gen als geschlossenes DNS-Stück, ein sogenanntes Plasmid, in E-Colibakterien eingesetzt, das diese dann dazu zwingt Insulinvorstufen zu erzeugen.
    Dabei wird über zwei getrennte E-Coli-Bakteriestämme die A-Kette und die B-Kette des Insulins erzeugt. Diese beiden Ketten werden dann durch oxidative Kopplung der Schwefelbrücken zu Humaninsulin verknüpft. Die biosynthetische Produktion von Proteinen mit Hilfe von Escherichia coli hat allerdings den Nachteil, dass das Bakterium das von ihm erzeugte Produkt im Zellleib behält.
    Deshalb müssen die Bakterien mit Hilfe mehrerer mehr oder weniger toxischer Substanzen aufgelöst werden. Das dadurch entstandene Gemisch aus Proteinen und Glykoproteinen muss danach mühsam hochgereinigt werden.
    Hinzu kommt das Problem, dass es bei der Verknüpfung von A- und B-Kette zu Fehlverknüpfungen kommen kann die zu eher bescheidenen Ausbeuten führen.
  2. Die Produktion von Humaninsulin durch Bier- oder Bäckerhefe: Hierbei wird Insulin mit Hilfe von Hefepilzen hergestellt. Die Bier- oder Bäckerhefe wird mit Hilfe eines künstlichen Plasmids so programmiert, dass sie einen dem Proinsulin verwandten „Precursor“ (eng. Vorläufer) des Insulins produziert.

Bei diesem „Precursor“ sind die A- und B-Kette bereits durch die Disulfidbrücken verbunden und hängen noch mit vier Aminosäuren zusammen. Diese werden dann später enzymatisch abgespalten. Somit fällt das Aufwendige Verbinden der A- und B-Kette weg. Hefepilze haben im Vergleich zur Insulinproduktion mit Bakterien den Vorteil, dass sie ihr Insulinprodukt ins Kulturmedium abgeben. Deshalb kann das Insulin einfach abfiltriert werden. Die so produzierte Vorstufe des Insulins bildet nun das Ausgangsmaterial für die Herstellung von verschiedenen Insulinpräparaten. Die Vorteile dieses Verfahrens sind, dass bei diesem Produktionsverfahren keine toxischen Chemikalien verwendet werden müssen um die Mikroorganismen abzutöten.

Aber nicht nur Bakterien oder Zellen werden zur Produktion pharmazeutischer Produkte eingesetzt. Auch Pflanzen oder ganze Tiere kommen hier für in Frage. So haben deutsche Forscher gentechnisch manipulierte Karotten entwickelt, die einen Impfstoff gegen Hepatitis B produzieren. Nach Angaben der Experten ist es gelungen, dass die Karotte ein bestimmtes Oberflächenprotein des Hepatitis B-Virus produzieren kann. Dieser Eiweißstoff rege im Körper die Bildung von Antikörpern an.
Vorstellbar sei, dass die Karotte roh oder in Form von Saft verzehrt werde. Würde das Gemüse gekocht, werde dagegen das von den Pflanzen produzierte Antigen zerstört und damit als Impfstoff wirkungslos.

Die heutigen Behandlungsmethoden und Medikament ändern sich von Tag zu Tag, denn weltweit arbeiten Forscher an der Verbesserung und Neuentwicklung von Medikamenten, sodass die Gentechnik in diesem Bereich immer mehr an Bedeutung gewinnt.

Quellen:
http://www.fgs.snbh.schule-bw.de/semkurs/penner/ap_insul.htm#1.1%20Was%20ist%20Insulin
http://home.t-online.de/home/he.jo/index.htm?gen.htm
http://www.zum.de/Faecher/Materialien/hupfeld/Genetik/GVO-Anw-m-stellm.html
http://www.vcell.de/genomstation/der_lange_weg_zum_gen__meilensteine.html
http://www.dkfz-heidelberg.de/einblick/ein1998/4_1998/4_98_11.htm