Algen als pharmazeutisches Werk

Die Behandlung chronischer Krankheiten erfordert High-Tech-Medikamente, die in kostspieligen Verfahren von Mikroorganismen oder Zellkulturen produziert werden. Forscher glauben nun, dass Algen als kleine Medikamentenfabriken eine preiswerte Alternative darstellen könnten.

Die industrielle Herstellung von rekombinanten Proteinen, die als Grundlage für hochwirksame Medikamente dienen, ist nicht neu. Gentechnisch veränderte Bakterien, Hefen oder Säugetierzellen produzieren große Mengen solcher pharmazeutischen Eiweiße, die heutzutage für die Therapie chronischer oder lebensbedrohlicher Krankheiten, wie Krebs, Multiple Sklerose (MS) oder Diabetes mellitus selbstverständlich sind. Doch deren Produktion kann hohe Kosten verursachen: Die Kleinstlebewesen müssen mit großen Mengen an Nährstoffen versorgt werden und es sind hohe Energieaufwendungen nötig, um sie am Leben zu halten. Zudem ist es sehr kostspielig, eine sterile Umgebung zu schaffen.

Stephen Mayfield, Direktor am San Diego Center für Algen-Biotechnologie an der University of California in San Diego, ist überzeugt, dass der kosteneffiziente Einsatz von Algen diese Verfahren ersetzen könnte. Denn Algen sind „Mikropflanzen“ und wie Pflanzen relativ leicht zu halten. Sie leben nur von Sonnenlicht und Kohlendioxid (CO2), welches sie aus der Luft filtern.

Wie Mayfield und sein Team nun im Plant Biotechnology Journal veröffentlichten, haben sie der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii die Gene für die Produktion von sieben pharmazeutischen Proteinen eingesetzt, darunter auch Interferon für die Behandlung von MS und Proinsulin für die Behandlung von Diabetes. Momentan werden diese Proteine kommerziell von Hefen, Bakterien oder Säugetierzellen erzeugt. Die Algen konnten tatsächlich vier der sieben Proteine in Mengen herstellen, die für die industrielle Produktion ausreichend wären. Die Qualität war vergleichbar mit herkömmlichen Verfahren auf Basis von Bakterien bzw. Zellkulturen und die Proteine ließen sich ebenso einfach isolieren und konzentrieren.

Komplexe Proteine, wie das hochwirksame MS-Medikament Tysabri, können bisher nur in Säugetierzellen produziert werden. Die Kosten liegen schätzungsweise bei 150 US-Dollar pro Gramm Protein (Zahl ist geschätzt, da nur wenige Unternehmen Statistiken veröffentlichen). Würden Grünalgen als Produzent verwendet werden, könnten die Kosten laut Mayfield deutlich gesenkt werden, da die Pflanzen mit minimalem Einsatz in Wasser wachsen. Sonnenlicht und CO2 aus der Luft als Energiequelle stehen kostenlos zur Verfügung.

Neben der billigeren Herstellung von Medikamenten haben Algen noch einen weiteren Vorteil: Der Bau von Produktionswerken von Algen sei erheblich kostengünstiger. Die Investitionskosten für den Bau eines Werks für Säugetierzellkulturen stellen das größte Hindernis bei der Entwicklung neuartiger pharmazeutischer Proteine dar. So müssten vor dem Start der teuren klinischen Versuche bereits 600 Millionen US-Dollar investiert werden, um die Produktionsstätten errichten zu können.

Im Gegensatz zu den niederen Bakterienzellen können Algen die Struktur komplexer Proteine sehr gut erzeugen. Sogar Säugetierzellen sind bei einigen Proteinen nicht in der Lage, sie richtig zu falten. Dann werden weitere, teure Verarbeitungsschritte nötig, um die gewünschte Struktur zu erhalten. Algen würden daher völlig neue Möglichkeiten für die Entwicklung ganzer Medikamentengruppen eröffnen. 

In früheren Arbeiten hatten die Wissenschaftler bereits gezeigt, dass Algen auch sogenannte menschliche monoklonale Antikörper produzieren können. Das sind komplexe Proteine, die sich in Säugetierzellen erzeugen lassen und für einige der teuersten, aber auch effektivsten Krebsbehandlungen eingesetzt werden. 80 bis 100 solcher Antikörper seien in verschiedenen klinischen Versuchsphasen oder seien schon auf dem Markt. Doch selbst der billigste dieser Antikörper koste mindestens 10.000 US-Dollar pro Therapie.  

Ein Nachteil der „Mikropflanzen“ kann allerdings die fehlende Fähigkeit von Algen sein, Zuckermoleküle zu binden. Die sogenannte Glykosylierung ist typisch für Säugetierzellen. Vor allem im menschlichen Körper ist der Prozess oft nötig, damit die Proteinmoleküle vollständig einsatzfähig werden. Algen sind somit eine echte Alternative für Proteine die auch ohne Glykosylierung physiologisch aktiv sind. Denkbar ist auch durch gentechnische Veränderungen die „Mikropflanzen“ dazu zu bringen Zuckermoleküle zu binden. In Hefen haben Forscher das bereits erreicht.

Keinen Sinn sehen die Forscher darin, mit bewährten Verfahren zu konkurrieren. Insulin beispielsweise wird heute schon zu Kosten produziert, die mit denen von Algen vergleichbar sind. Für komplexere Medikamente zeigten Algen dagegen ein großes Potential. Noch in diesem Jahr sollen die Proteine aus Algen in Tierversuchen getestet werden. Ebenfalls großes Interesse am preiswerten „Bioreaktor“ Alge zeigen Entwicklungs- und Schwellenländern wie China oder Indien.