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Das Cyanobakterium Nostoc 78-12A lebt an einem ungemütlichen Ort: in Abwasserkanälen in den USA. «Pond scum» - Teich-Ausblühung oder -Abschaum – nennen die Amerikaner leicht verächtlich die Blüte dieser Mikroorganismen. Doch Nostoc 78-12A hat es buchstäblich in sich. Es produziert einen Wirkstoff, der möglicherweise gegen die Alzheimer-Krankheit eingesetzt werden kann. Einem Forschungsteam der ETH und der Universität Zürich unter der Leitung von Karl Gademann vom Laboratorium für Organische Chemie der ETH und Friedrich Jüttner vom Institut für Pflanzenbiologie der Universität Zürich ist es nun gelungen, einen neuen Wirkstoff namens Nostocarboline aus dem Cyanobakterium zu isolieren. An der Studie weiter beteiligt sind neben Gademann und Jüttner auch Paul Becher von der Universität Zürich sowie Julien Beuchat von der Universität Lausanne.
Bei Tests im Reagenzglas setzte Nostocarboline das Enzym Cholinesterase ausser Gefecht. Cholinesterase ist mitverantwortlich für die Alzheimer-Krankheit, weil dieses Eiweiss den Botenstoff Acetylcholin abbaut. Acetylcholin ist nötig, damit das Hirn Informationen verarbeiten und speichern kann. Wird die Cholinesterase unschädlich gemacht, erhöht sich der Acetylcholin-Pegel, so dass der Krankheitsverlauf verzögert wird. Die Medizin setzt bereits jetzt verschiedene Cholinesterase-Hemmer bei leichten und mittelschweren Alzheimer-Erkrankungen ein. Nostocarboline ist der erste Stoff aus Cyanobakterien, der gegen Alzheimer verwendet werden könnte. Seine Wirksamkeit ist bei in vitro-Versuchen vergleichbar mit dem bisher in der Medizin eingesetzten Cholinesterase-Hemmer Galanthamin (RazadyneTM).
Dass Nostoc und andere Cyanobakterien viele biologisch hoch wirksame Stoffe herstellen, die in Medikamenten gegen verschiedene Krankheiten bei Menschen eingesetzt werden könnten, hat die Forschung längst erkannt. Dennoch glich die Suche nach dem Wirkstoff Nostocarboline der sprichwörtlichen Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Die Forscher testeten hunderte von verschiedenen Cyanobakterien-Kulturen und extrahierten zahlreiche Substanzen, die sie wiederum auf ihre Wirksamkeit prüfen mussten. Eine immense Fleissarbeit, die schliesslich Früchte getragen hat.
Für Gruppenleiter Karl Gademann steht jedoch nicht die potentielle Anwendung als Alzheimer-Medikament im Vordergrund. Bis ein Medikament auf der Basis des nun gefundenen Wirkstoffs auf den Markt kommen könnte, werden Jahre verstreichen. Bisher gibt es kein Medikament, das Alzheimer stoppen würde. Auch die Cholinesterase-Hemmer können den Verlauf nur hinauszögern, nicht aber aufhalten.
Die Analyse von Nostocarboline hat aber für eine Überraschung gesorgt. Bis auf ein Chlor-Atom ist der neue Wirkstoff nämlich chemisch identisch mit einem Molekül, welches das menschliche Gehirn selbst herstellen kann. «Die Frage ist jetzt, ob ein Zuviel oder Zuwenig dieses endogenen Wirkstoffs Alzheimer verhindert respektive auslöst», erklärt der Chemiker. Das sei bisher nicht erforscht worden, da auch diese endogene Verbindung erst vor kurzem entdeckt wurde. «Faszinierend daran ist, dass wir bisher dachten, der Mensch sei gut untersucht. Dennoch enthalten Menschen Verbindungen, deren Funktion bis jetzt unbekannt ist und die eine verblüffende Ähnlichkeit mit einem Molekül aus einem Cyanobakterium aufweisen», sagt Gademann.
Die ETH Zürich hat Nostocarboline patentieren lassen. Denn dieses hat neben seinem Potenzial als Medikament auch das Zeug zu einem natürlichen Pflanzenschutzmittel. «Nostoc produziert diesen Stoff ja nicht aus purem Zufall. Für das Cyanobakterium ist es ein Schutz gegen Frassfeinde wie Insekten oder kleine Krebschen oder auch um sich andere Algen vom Leib zu halten», so der Forscher. Nostocarboline hemmt das Algenwachstum, was seinen Einsatz als natürliches Herbizid nahe legt. Im Meer könnte es zum Beispiel gegen Anlagerungen von Algen eingesetzt werden. Zudem ist der Wirkstoff billig und einfach herzustellen – und letztlich als Naturstoff auch biologisch abbaubar.
