Gesundheit: Naturstoff Zucker kann unter bestimmten Bedingungen als Heilmittel genutzt werden

Weltweit versuchen deshalb Chemiker, diese facettenreichen Verbindungen als Wirkstoff für Medikamente zu gewinnen.Ulf Hofmann

Für die meisten Menschen ist Zucker ein Süßstoff, der bei zu viel Genuss nicht nur dick, sondern auch krank machen kann. Für Chemiker dagegen ist der Naturstoff viel mehr als nur zum Würfel zusammengepresste weiße Kristalle für den Morgenkaffee. Der Grund dafür ist die Vielfalt dieser Kohlenhydrate in der Natur: als Energiespeicher Stärke in der Kartoffel, als Gerüstmolekül Zellulose in den Pflanzen oder auch als Signalmolekül in unseren Zellen.

"Damit sich Zellen untereinander erkennen können, tragen sie auf ihrer Oberfläche jeweils ein für sie maßgeschneiderte Garderobe, wobei der Stoff aus Zuckermolekülen besteht", erklärt der Naturstoff-Experte Christian Vogel von der Universität Rostock. Auch die menschlichen Blutgruppen unterscheiden sich nur durch einen Zuckerbaustein.

Die kettenartigen, oft verzweigten Moleküle spielen aber auch eine Rolle bei der Entstehung oder Bekämpfung von Krankheiten, wie etwa Krebs oder Virus-Infektionen. So sind brusternährte Kinder in der Regel deutlich weniger anfällig gegenüber Infekten. Als Grund vermutet man Zuckermoleküle in der Muttermilch, sagt der Chemiker Vogel. Und manche Krebszellen sind dermaßen stark vom Zucker abhängig, dass durch Entzug der Kohlenhydrate die wuchernden Zellen absterben. Das haben jedenfalls Wissenschaftler der Johns Hopkins Universität in Baltimore (USA) festgestellt. Weltweit versuchen deshalb Chemiker, diese facettenreichen Verbindungen als Wirkstoff für Medikamente zu gewinnen. Einige davon trafen sich auf dem heute zu Ende gehenden Chemiker-Weltkongress im ICC zum Erfahrungsaustausch getroffen.

Weshalb man sich bisher in der Medizin eher am Rande mit dem Einsatz von Kohlenhydraten beschäftigte, hat einen einfachen Grund: die sehr unterschiedlichen Gestaltungsmöglichkeiten der Zuckermoleküle. Während die Verknüpfung zweier gleicher Aminosäuren, den Bausteinen der Eiweiße, nur eine Verbindung ergibt, bringen es zwei Zuckermoleküle auf bereits elf Varianten. Drei verschiedene Aminosäuren ergeben sechs unterschiedliche Strukturen, der Zucker aus drei ungleichen Bausteinen kann zu 720 verschiedenen Molekülen zusammengebaut werden. So ist die Synthese chemisch einheitlicher Kohlenhydrate alles andere als einfach.

Wie es doch gehen könnte, zeigte der Amerikaner Chi-Huey Wong in seinem Vortrag am Mittwoch. Mittels eines eigens entwickelten Computerprogramms soll es möglich sein, den Syntheseprozess zu automatisieren. Der Chemieprofessor berichtete, dass man gezielt bestimmte Zucker herstellen könne, und zwar "in Tagen, was bisher Jahre gedauert hätte". Allerdings ist man noch lange nicht soweit, auch ausreichende Mengen zu produzieren. Die aber werden für Medikamente gebraucht.

Obwohl Wong an Kohlenhydraten forscht, sind für den Chemiker des Scripps Research Institute in La Jolla (Kalifornien) diese Verbindungen keine idealen Kandidaten für Arzneimittel. "Sie sind schlecht künstlich herzustellen, binden mittelmäßig und werden nur zögerlich in die Zellen aufgenommen." Hinzu kommt, dass sie bei der Einnahme, etwa in Tablettenform, meist schon im Mund von Enzymen zersetzt werden, bevor sie den Wirkungsort erreichen.

Der gebürtige Taiwanese arbeitet deshalb auf zwei Wegen daran, die Natur zu überlisten und die Ausgangssubstanzen biotechnologisch herzustellen. Zum einen nimmt Wong Glykoproteine. Das sind Zucker, die mit einem Eiweißkörper verbunden sind. Der zweite Weg besteht darin, Zucker herzustellen, die den Naturstoffen äußerlich sehr ähneln und dann auch von den Empfängern (Rezeptoren) mit den Originalen verwechselt werden. Diese Moleküle, die Kohlenhydratmimetika genannt werden, sind im Idealfall erheblich stabiler, und, so das Ziel des Chemikers Chi-Huey Wong, auch wirksamer als das Original. Manchmal muss man dafür gar nicht viel verändern, lediglich ein paar Atome im Zucker austauschen, wie Wong in seinem Vortrag zeigte.

Diese Mimikry-Moleküle können dann dafür eingesetzt werden, Bindungsstellen an den Zellen zu blockieren, und auf diese Weise chronische Entzündungen hemmen, wie sie bei Rheuma oder Asthma auftreten. Bei Entzündungen bilden an der Innenwand von Blutgefäßen gelegene Zellen nämlich bestimmte Rezeptor-Moleküle. Diese körpereigenen Proteine sind der Hafen für bestimmte Zuckermoleküle, welche wiederum für besondere Blutzellen als Signal dienen. Dadurch kann die Abwehrreaktion eingeleitet werden und - normalerweise - die Entzündung durchs eigene Immunsystem gemindert werden.

Die Mimikry-Moleküle könnten aber durchaus auch eine Rolle bei der erfolgreichen Transplantation von Organen spielen. Normalerweise wird das fremde Gewebe nämlich automatisch von der körpereigenen Abwehr bekämpft. Mit den neuen Wirkstoffen könnte man auch dieses bei Gesunden erwünschte Abwehrverhalten des Körpers gegen fremdes Gewebe abschwächen. © 1999

Ulf Hofmann