15. Okt 2020   Bildung & Uni Tech

Grazer Biotechnik soll Impfungen stärken und Haie retten

©Lunghammer / TU Graz

Cutting Edge. Für Impfstoffe wird häufig das tierische Öl Squalen benötigt – auf Kosten bedrohter Tierarten. Österreichische Forscher können es nun biotechnologisch herstellen.

Eine Neuentwicklung aus Graz könnte künftig bei Impfstoffen die Wirkung steigern und gleichzeitig bedrohte Tierarten schützen – wenn alles klappt wie erhofft.

Das Grundproblem ist Folgendes: Um die Wirksamkeit von Impfstoffen zu steigern, werden Hilfsstoffe wie das tierische Öl Squalen hinzugefügt. Es wird aus Tiefseehaien oder in geringen Mengen aus Pflanzen gewonnen. Österreichischen Forschern ist es nun gelungen, den Hilfsstoff Squalen für Impfstoffe mithilfe von Hefe zu produzieren

Für eine nachhaltigere Pharmaindustrie

Bereits seit Jahren setzt die Pharmaindustrie auf Hilfsstoffe, sogenannte Adjuvanzien, um die Wirksamkeit von Impfstoffen zu steigern. Einer dieser Hilfsstoffe ist das natürliche Öl Squalen. Der Tiefseehai, eine bedrohte Tierart, ist der größte Lieferant dieses wichtigen Bestandteils. Nur vergleichsweise geringe Mengen werden aus Zuckerrohr, Amaranth und Olivenbäumen gewonnen.

Selbst der Mensch erzeugt über die Talgdrüsen Squalen, um einen Schutzschild gegen freie Radikale und oxidativen Umgebungsstress aufzubauen. Sollte ein Coronaimpfstoff mit Squalen auf den Markt kommen, könnten dafür bis zu eine halbe Million Haie sterben. Oder man müsste Pflanzen, die eigentlich als Nahrungsmittel benötigt werden, dafür verwenden. Das Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib) fand einen Weg, Squalen mithilfe von Hefe zu produzieren.

Wirksamere Impfstoffe

Diese Hilfsstoffe finden sich etwa in Impfstoffen gegen Influenzaviren, SARS-CoV, MERS-CoV oder auch Rabies. Sie haben viele Vorteile: Sie unterstützen die Wirkung der eigentlichen Seren, indem sie für eine bessere Wirkstoffaufnahme sorgen und damit die Immunantwort des Körpers verstärken. Dadurch kommt es zu weniger Ausfällen bei der Impfwirkung. Durch die bessere Wirksamkeit der Impfungen benötigt die Pharmaindustrie weniger Antigen pro Einzelimpfdosis. Somit kann sie mit der gleichen Seren-Menge mehr Impfdosen herstellen. Adjuvanzien „verbreitern“ zudem den Impfschutz, da die Impfung nicht nur gegen den verabreichten Erregerstamm, sondern auch vor ähnlichen Erregern schützt.

Hohe Nachfrage

Squalen zählt zu den wichtigsten Hilfsstoffen. Es leitet die aktiven, hydrophoben Bestandteile des Wirkstoffes in die Zellen. Dort sorgt es für eine gleichmäßige Abgabe, Verteilung und Aufnahme des Serums. Aktuell rittert die Pharmaindustrie um die Entwicklung eines Coronaimpfstoffes. Daher decken sich die Unternehmen zusätzlich mit dem ohnehin schon raren Hilfsstoff Squalen für Impfstoffe ein. Die Kosmetik-, Pharma- und Nahrungsergänzungsmittelindustrie greift daher nach wie vor auf die bisher ertragreichste Quelle an Squalen zurück – die Leber von Tiefseehaien.

500.000 Haie als „Corona-Opfer“

Um eine Tonne Squalen zu produzieren, müssen ungefähr 3.000 Haie geschlachtet werden. Derzeit sterben laut Schätzungen von Umweltbehörden jährlich zwischen 2,7 und 3 Millionen Haie nur wegen des wertvollen Öls. In Zeiten der Corona-Pandemie könnte diese Zahl drastisch steigen. Laut jüngsten Schätzungen braucht man zwei Impfdosen pro Kopf für einen vollständigen Schutz gegen das Coronavirus. Daher fallen mehr als eine halbe Million Haie dem Impfstoff zum Opfer.

Doch auch die Nutzung von Pflanzen als Squalen-Lieferanten ist umstritten: Schließlich braucht man dafür die Anbauflächen, die Bewässerung, Dünger und die entsprechenden Temperaturen. Je nach Ernte, geografischer Lage und Saison schwankt der Anteil und die Qualität an Squalen in Pflanzen beträchtlich. Die Pharmaindustrie benötigt aber eine gleichbleibende Qualität. Derzeit sind alternative Formen, wie aus Pflanzen produziertes Squalen, daher um rund ein Drittel teurer als tierisches Squalen.

Österreicher produzieren Hilfsstoff Squalen

Als Zukunftshoffnung unter den Squalenproduzenten gelten Mikroorganismen. Obwohl sie grundsätzlich weniger Ausbeute erzielen als Haie oder Pflanzen, bieten ihr erstaunlich schnelles Wachstum und ihre Anpassungsfähigkeit optimale Voraussetzungen für Forschungszweige wie die Synthetische Biologie. Das Ziel: Mikroorganismen in größerem Maßstab als Squalen-Produktionplattformen einzusetzen.

„Damit die natürliche Produktionsleistung von Mikroorganismen angekurbelt werden kann, setzen wir verschiedene, biotechnologische Instrumente ein, um aus mikrobiellen Zellen optimierte Squalen-Fabriken zu machen“, erklärt Harald Pichler, Forscher am Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib) und am Institut für Molekulare Biotechnologie der Technischen Universität Graz.

Bäckerhefe als Lösung

Einem Forscherteam rund um Harald Pichler und die ehemalige Dissertantin Sandra Moser ist es gelungen, den Hilfsstoff Squalen für Impfstoffe in größeren Mengen mithilfe von Mikroorganismen im Labor herzustellen. Pichler: „In einem soeben abgeschlossenen Projekt konnten wir als erste weltweit fermentativ natürliches Ambrein herstellen, ein Duftstoffmolekül, das auch im Verdauungstrakt von Walen vorkommt und in natürlicher und synthetischer Form hauptsächlich in der Parfumindustrie verwendet wird. Ein Zwischenprodukt auf dem Weg zu Ambrein ist Squalen, das im Rahmen der Sterolbiosynthese anfällt“, erklärt Pichler.

Zur Herstellung verwendeten die Forscher den Hefestamm Saccharomyces cerevisiae, besser bekannt als Bäckerhefe. „Nachdem dieser Hefestamm natürlicherweise bereits dieses Lipid produziert, konnten wir durch Metabolic Engineering bestimmte Stoffwechselwege so modulieren, dass die Hefezellen plötzlich ein Vielfaches an Squalen anreichern“, erklärt Pichler. Bisher konnten die Forscher bereits mehrere Gramm an reinem Squalen herstellen.

Schutz von Tieren und Umwelt

„Wir haben bewiesen, dass der Prozess im Labormaßstab funktioniert“, freut sich Pichler. Derzeit arbeiten die Wissenschafter daran, die Stämme dahingehend zu optimieren, dass sie auch für die Industrie interessant sind. „Mit Industriebeteiligung könnte Squalen zukünftig in großem Maßstab produziert werden und daher pflanzliche und tierische Squalenquellen zur Gänze ersetzen“, so Pichler.

Bei der biotechnologischen Produktion von Squalen könne die Industrie auf billige Ausgangsmaterialien wie Essensabfälle, Biomasse oder Melasse aus der Landwirtschaft und Glycerin aus der Biodieselproduktion zurückgreifen. Dabei liefern die Mikroorganismen eine gleichbleibende Qualität des Öls.

 

    Weitere Meldungen:

  1. Marinomed Biotech AG geht an die Wiener Börse
  2. Apeiron ernennt Anderson Gaweco zum CMSO
  3. Pascal Schmidt ist neuer CFO von Marinomed
  4. Neues zu PHH und Biozol, hba und Nextsense