Forschung 17.10.2008, 19:37 Uhr

Die Zukunft liegt im Meer  

VDI nachrichten, Düsseldorf, 17. 10. 08, moc – Überall auf der Welt wird in Meeresorganismen nach medizinisch oder kosmetisch relevanten Wirkstoffen gesucht. Und Meerespflanzen wie Algen oder Seegras sind schon heute Nahrungsmittel, Baumaterialien, Energielieferanten oder gelten als mögliche CO2-Senke.

Eine Qualle schaffte es in der vergangenen Woche auf die Titelseiten dieser Welt, als der Japaner Osamu Shimomura den Nobelpreis für Chemie erhielt. Er hatte das Leuchtprotein GFP aus der Qualle Aequorea victoria isoliert. Heute ist dieses Protein ein entscheidender Marker der Zellforschung.

Aber es muss nicht immer der Nobelpreis sein. Als er feststellte, dass Krabbenfischer sehr gute Zähne haben, fragte sich Helmuth Focken, warum das so sei. Der Grund: Sie aßen die frisch gefangenen Krabben oft mit Schale. Der Elektroingenieur aus dem norddeutschen Filsum entwickelte daraufhin in Zusammenarbeit mit der FH Ostfriesland ein Verfahren, den Wirkstoff Chitosan aus den chitinhaltigen Krabbenschalen in eine Zahnpasta einzubauen.

Doch Nobelpreise und Zahnpasta sind nur die Spitze eines riesigen Eisbergs. Seit Jahren werden weltweit systematisch Organismen aus dem Meer als mögliche Quellen für neue Naturstoffe untersucht – aber auch als Energie- und Nahrungsmittellieferant oder als CO2-Senke.

Korallen, Schwämme, Muscheln, aber auch Bakterien oder Pilze aus den Meeren dieser Welt, gelten als Hoffnungsträger für neue Medikamente und Kosmetika. Der Grund ist naheliegend: Traditionell, so Studien, findet man unter 10 000 bis 20 000 Molekülen von terrestrischen Mikroorganismen nur eines, das als wirtschaftlich attraktiver Wirkstoff Chancen hat. Bei den Produkten aus dem Meer erwartet man mehr als das 100-Fache an Wirkstoffen.

Und schließlich leben über 80 % aller Organismen im Wasser. Bisher wurden allerdings die auf dem Land lebenden Organismen viel intensiver auf natürliche Wirkstoffe hin untersucht, da die aus dem Meer entweder schwer zugänglich waren, sich im Labor häufig nicht kultivieren ließen oder nur in geringer Konzentration vorkamen.

Mit verbesserten Analyseverfahren steigen nun die Chancen. Dennoch, so Beate Cuypers, „stehen wir, was die Suche nach Wirkstoffen aus marinen Organismen angeht, noch ganz am Anfang“.

Zusammen mit Gudrun Mernitz betreibt Cuypers das „RessourcenZentrum Marine Organismen GmbH“ (RZMO)in Greifswald, eine Ausgründung aus der örtlichen Uni.

Zu den Organismen, die sie untersuchen, haben sie es nicht weit – die südliche Ostseeküste liegt vor der Haustür. Hier sammeln sie regelmäßig Material, auf dem sich Mikroorganismen ansiedeln: vor allem Treibholz und Muscheln. Auf denen wachsen winzige, stecknadelkopfgroße Pilze. Die Sporen dieser Pilze werden im Labor kultiviert. Spezialität von Cuypers und Mernitz ist die Klassifikation solcher marinen Pilze nach möglichen Wirkstoffen – Hunderte davon wachsen im Labor des RZMO in kleinen Petrischalen.

Die Rohextrakte der Pilze werden an die Industrie verkauft, die in ihren eigenen Labors diese Extrakte auf bestimmte Wirkstoffe hin screent.

„Interessanter für uns ist aber, wenn die Industrie uns bittet, nach einem bestimmten Wirkstoff zu suchen“, so Cuypers. Dann werden die Pilze im RZMO daraufhin analysiert, wie sie etwa in einem Anti-Krebszellensystem wirksam sein können.

„Letztlich geht es darum, neue Substanzen mit bisher unbekannten Wirkstoffen zu finden.“ Und die Chance, so Cuypers zuversichtlich, „was Neues zu finden, ist riesengroß“.

An diesem Wettlauf beteiligen sich pharmakologische Unternehmen auf der ganzen Welt – allen voran die Krebsforschung. Sie hofft auf Wirkstoffe aus marinen Organismen, mit denen sich gezielt bisher kaum behandelbare Krebsarten bekämpfen lassen oder aber Wirkstoffe, die weniger Nebenwirkungen zeigen als viele traditionelle Medikamente.

Andererseits zeigen viele Krankheitserreger Resistenzen gegen herkömmliche Wirkstoffe. Also müssen Alternativen her. So sind es vor allem neue entzündungshemmende Wirkstoffe, die Forschung und Industrie im Meer zu finden hoffen.

Fast alle großen Pharmaunternehmen haben deshalb eigene Laboratorien für die marine Biotechnologie aufgebaut – und arbeiten intensiv mit hoch spezialisierten kleinen Firmen wie dem RZMO zusammen.

Neben der pharmazeutischen ist es vor allem die Kosmetikindustrie, die auf die neuen Wirkstoffe aus dem Meer setzt. Wirkstoffe aus Algen in Anti-Aging-Cremes schützen vor UV-Strahlen, Meeresbakterien erhöhen die Hautfreundlichkeit von Pflegemitteln.

Und schließlich setzt auch die Nahrungsmittelbranche auf Ergänzungsstoffe aus dem Meer, Algen wie die Spirulina sind schon heute als Nahrungsergänzungsmittel weit verbreitet, andere liefern Stabilisatoren, Bindemittel oder zellschützende Betacarotine. Auch Chitosan wird als Nahrungsergänzungsmittel angeboten.

Gerade für Chitosan kann sich der Lebensmitteltechnologe Klaus Lösche vom Technologie- und Transferzentrum Bremerhaven die „dollsten Anwendungsmöglichkeiten“ vorstellen: Etwa für die umweltfreundliche Beschichtung in der Automobilindustrie oder die Mikroverkapselung von Geschmacksstoffen in der Lebensmittelindustrie, um Aromen zu schützen.

Doch die Meeresorganismen sind nicht nur Lieferant für neue Wirkstoffe, sie sind auch Vorbild.

Im Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven sind in Hunderten schwarzen Kästen und Gläsern 80 000 Originalproben von Kieselalgen aus aller Welt gesammelt. Für den Meeresbiologen Christian Hamm ist das der Stoff, aus dem die Zukunft ist. Denn Kieselalgen gelten seit Jahren als Vorbild für technische Strukturen: „Sie haben einen Panzer, der bei einem äußerst geringen Materialeinsatz außerordentliche Festigkeit aufweist“, so Hamm. „Der Aufbau der Kieselalgen wird in zehn bis 20 Jahren Vorbild für Leichtbaustrukturen in fast allen technischen Bereichen sein.“

Und auf eine noch viel direktere Art soll das Meer helfen, die Umweltprobleme unserer Welt zu lösen. In den USA und Großbritannien sind Forschungseinrichtungen und Industrie damit beschäftigt, aus Algen umweltfreundliches, CO2-neutrales Öl für Kraftstoffe zu entwickeln.

Doch Algen könnten auch ganz direkt dazu beitragen, CO2 aus der Atmosphäre zu lösen. Im Januar 2009 will Victor Smetacek, Wissenschaftler am Alfred Wegener Institut, mit dem Forschungsschiff des AWI, der Polarstern, gemeinsam mit einer internationalen Gruppe von Wissenschaftlern ins südliche Polarmeer aufbrechen.

An Bord hat die Expedition 40 t Eisensulfat. Mit diesem Eisenstaub soll das Meer nahe den South Georgia Inseln „gedüngt“ werden. Die dadurch erzeugte Algenblüte führt dazu, dass die Algen CO2 an sich binden, absinken und das CO2 im tiefen Meer gelagert oder auf dem Weg nach unten von Krebsen oder dem Krill gefressen wird.

Gut eine Gigatonne CO2 könne man in Zukunft so aus der Atmosphäre holen, ein Drittel dessen, was dort jährlich an CO2 zusätzlich akkumuliert wird, hofft Smetacek.

Kritiker halten dagegen, dass die Folgen für das marine Ökosystem unabsehbar wären. Die Tiefsee könnte übersäuern, wenn das Kohlendioxid den Sauerstoff aus der Tiefe verdrängt.

Die Eisendüngung muss deshalb „wissenschaftlich genau überwacht werden“, so Smetacek, doch am Erfolg hat er kaum einen Zweifel. „Wenn man sich auf so ein neues Gebiet begibt, muss man auch ein bisschen größenwahnsinnig sein.“

W. HEUMER / W. MOCK

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