Umweltverträgliche Antibiotika gezielt designen

Lüne­bur­ger For­scher haben umwelt­ver­träg­li­che Anti­bio­ti­ka ent­wi­ckelt und zum Patent ange­mel­det: Sie wer­den durch natür­li­che Zer­falls­pro­zes­se nach der Aus­schei­dung unwirk­sam.

Cipro­flo­xa­cin ist ein häu­fig ver­wen­de­tes Breit­band­an­ti­bio­ti­kum. 33 Ton­nen davon wer­den pro Jahr allein in Deutsch­land in der Human- und Tier­me­di­zin ein­ge­setzt. Nach sei­ner Anwen­dung und durch fal­sche Ent­sor­gung gelangt es wie ande­re Arz­nei­mit­tel­wirk­stof­fe weit­ge­hend unver­än­dert in die Umwelt. Das Pro­blem dabei: Bereits klei­ne Kon­zen­tra­tio­nen des Anti­bio­ti­kums för­dern das Wachs­tum resis­ten­ter Kei­me.

For­scher der Leu­pha­na Uni­ver­si­tät Lüne­burg um den Prof. Klaus Küm­me­rer, Exper­te für Nach­hal­ti­ge Che­mie und Res­sour­cen, haben jetzt umwelt­ver­träg­li­che Anti­bio­ti­ka ent­wi­ckelt und zum Patent ange­mel­det, die durch natür­li­che Zer­falls­pro­zes­se nach der Aus­schei­dung unwirk­sam wer­den.

Damit konn­te erst­mals gezielt ein neu­er Wirk­stoff ent­wi­ckelt wer­den, der wirk­sam und gleich­zei­tig umwelt­ver­träg­li­cher ist. Wir haben damit einen neu­en Wirk­stoff, der im Reagenz­glas funk­tio­niert, aber noch kein fer­ti­ges Medi­ka­ment“, sagt Küm­me­rer. Das dar­aus zu ent­wi­ckeln, sei nun die Chan­ce für die Arz­nei­mit­tel­her­stel­ler, eine ‚grü­ne­re’ Phar­ma­zie zu ver­wirk­li­chen.

Umweltverträglichkeit von Anfang an mit einplanen

Da Cipro­flo­xa­cin wie vie­le ande­re Anti­bio­ti­ka und Arz­nei­mit­tel­wirk­stof­fe nicht in der Umwelt abge­baut wird, rei­chert es sich als immer noch akti­ver Wirk­stoff im Klär­schlamm, in Gewäs­sern oder Sedi­men­ten an. Wird das Medi­ka­ment in der Tier­hal­tung ver­wen­det, gelangt es mit der Gül­le in Böden und wird auch von Nah­rungs­pflan­zen auf­ge­nom­men. Das kann zur Aus­brei­tung von Resis­ten­zen bei­tra­gen.

Benign by Design“ heißt die Ant­wort des Teams vom Insti­tut für Nach­hal­ti­ge Che­mie und Umwelt­che­mie der Leu­pha­na auf die­se mas­si­ve Umwelt­ver­schmut­zung und -gefähr­dung. Kenn­zei­chen des Benign by Design-Ansat­zes ist es, neue Wirk­stof­fe schon von Beginn an so zu pla­nen, dass sie umwelt­ver­träg­li­cher wer­den.

Fünf Jah­re lang arbei­te­ten die Leu­pha­na-For­scher an der Ent­wick­lung eines Anti­bio­ti­kums, das nach sei­ner medi­zi­ni­schen Ver­wen­dung zer­fällt. Es ist also nicht mehr aktiv und des­halb nicht zur Resis­tenz­ent­wick­lung in der Umwelt bei­trägt. Seit 2014 för­dert die Deut­sche Bun­des­stif­tung Umwelt (DBU) das Vor­ha­ben mit rund 460 000 Euro.

Umweltverträgliches Antibiotikum durch veränderte chemische Struktur

Wegen sei­ner häu­fi­gen Anwen­dung und sei­nes lan­gen Ver­bleibs in der Umwelt wähl­ten die Wis­sen­schaft­ler als Aus­gangs­mo­le­kül Cipro­flo­xa­cin. Die Her­aus­for­de­rung für die Che­mi­ker: Der Wirk­stoff soll nach sei­ner medi­zi­ni­schen Anwen­dung zer­fal­len, aber vor­her, bei­spiels­wei­se im Blut, aus­rei­chend sta­bil sein. Dazu wur­de die che­mi­sche Struk­tur von Cipro­flo­xa­cin gezielt ver­än­dert, um bei­den Anfor­de­run­gen gerecht zu wer­den.

Der Bedarf für bio­lo­gisch abbau­ba­re Arz­nei­mit­tel­wirk­stof­fe ist groß, denn die der­zeit ein­ge­setz­ten Wirk­stof­fe sor­gen für eine bedenk­li­che Umwelt­ver­schmut­zung. „Allein um die in Deutsch­land pro Jahr ver­wen­de­te Men­ge Cipro­flo­xa­cin auf eine unbe­denk­li­che Kon­zen­tra­ti­on zu ver­dün­nen, bräuch­te man das Was­ser­vo­lu­men von sie­ben Boden­se­en“, erklärt Dr. Chris­toph Leder aus dem Team von Küm­me­rer.

Bereits 2015 gelang es den Lüne­bur­ger Wis­sen­schaft­lern, die bio­lo­gi­sche Abbau­bar­keit von Pro­pra­no­lol – ein Beta-Blo­cker – zu ver­bes­sern. Küm­me­rer hofft dar­auf, dass dank des For­schungs­er­fol­ges nun die Abbau­bar­keit von Anti­bio­ti­ka und ande­ren Arz­nei­mit­tel­wirk­stof­fen in der Umwelt zu einem neu­en Zulas­sungs­kri­te­ri­um für Medi­ka­men­te wird, da die Mach­bar­keit erfolg­reich demons­triert wer­den konn­te.

Quelle
Leuphana Universität Lüneburg
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