Das Repertoire der Natur nutzen

Aus dem Kräutergarten in den Arzneischrank: Pharmakognostin Judith M. Rollinger untersucht Pflanzenextrakte auf bioaktive Verbindungen, die bei der Entwicklung von neuen Medikamenten helfen können. Im Interview mit uni:view spricht sie über die traditionelle Medizin und neue Testmethoden für Naturstoffe.

uni:view: Frau Rollinger, Sie sind Pharmakognostin – womit beschäftigen Sie sich in Ihrem Fachbereich?
Judith Rollinger: Die Pharmakognosie beschäftigt sich prinzipiell mit biogenen Arzneimitteln. Das sind Stoffe, die von der Natur – von verschiedensten Organismen – produziert werden. Diese können niedermolekular oder auch hochmolekular sein. Mein Team beforscht die niedermolekularen Inhaltsstoffe von Pflanzen aber auch von anderen Organismen wie Pilzen, Algen, oder Flechten auf der Suche nach neuen Arzneistoffleitstrukturen. Die Inhaltsstoffe werden vom Organismus selbst produziert, was den Vorteil hat, dass wir nicht synthetisch aktiv werden müssen – wir lassen das die Natur machen.

uni:view: Woher beziehen Sie ihr Wissen darüber, ob ein Naturstoff für die Forschung geeignet ist?
Rollinger: Welches "Pflänzchen" auf der Wiese wirklich wert ist, genauer unter die Lupe genommen zu werden, ist eine schwierige Entscheidung. Zum einen verwenden wir das traditionelle Wissen um die Heilkraft von Naturprodukten, weil darin bereits viel Empirie steckt. Trotzdem gilt es, das überlieferte Wissen kritisch zu hinterfragen und mit wissenschaftlich fundierten Methoden zu prüfen. Andererseits nützen wir die Information über bereits bekannte Inhaltsstoffe sowie physiologisch relevanter Zielproteine des menschlichen Körpers, um mit virtuellen Methoden die potenziell in Frage kommenden Naturstoffe zu identifizieren.
 
Es gibt aber auch viele Organismen, die einfach noch nicht gut genug untersucht sind. Was Pilze, Algen, Flechten und Mikroben oder auch marine Organismen anbelangt, gibt es noch sehr viele Lücken. Bis heute kennt man etwa 200.000 Naturstoffe – es gibt aber noch weit mehr zu entdecken. Die Natur stellt eine große Quelle für noch nicht gehobene Schätze in Bezug auf neue Leitstrukturen dar. Jene Organismen, die ein besonders reichhaltiges Portfolio an bioaktiven Inhaltsstoffen aufweisen, werden evolutionär bevorzugt, nach dem Motto "survival of the fittest". Sie nutzen diese Verbindungen, um zu kommunizieren oder sich vor Fressfeinden und mikrobiellem Befall zu schützen. Die Frage ist jedoch, wie wir diese Verbindungen zielgerichtet und kosteneffizient identifizieren können.


uni:view: Wie werden diese Pflanzenstoffe ausgetestet?
Rollinger: Wird ein Auszug (Extrakt) aus einer Pflanze hergestellt, enthält dieser hunderte Verbindungen, die als chemisches Arsenal vom Organismus produziert worden sind. Mit unseren hochempfindlichen Chromatographen analysieren wir das Metabolitenprofil und mittels Datenbankabgleich sehen wir, ob darin noch bisher unbekannte Stoffe enthalten sind. Um herauszufinden, was hinter traditionell verwendeten Pflanzen steckt, testen wir Extrakte – aber auch daraus isolierte Reinsubstanzen – im Haus oder in Kollaboration mit anderen ForscherInnengruppen "in vitro". Eine bei uns neu etablierte Plattform ermöglicht uns erste "in vivo"-Einblicke mittels eines einfachen Modellorganismus. Wir verwenden dafür Caenorhabditis elegans, einen etwa einen Millimeter großen Fadenwurm.

uni:view: Warum ist der Fadenwurm ein geeignetes Testobjekt? 
Rollinger: Er ist sehr einfach aufgebaut, ist aber ein Vielzeller und besitzt ausdifferenzierte Zelltypen sowie eine genau festgelegte Zahl an Körperzellen, 959 an der Zahl. Er besitzt ein vollständig aufgeklärtes Genom und seine Organe sind beinahe transparent. Dadurch können wir mit dem Mikroskop beobachten, wie er "dahinschlängelt", sich entwickelt oder etwa durch Zugabe von Naturstoffen länger als die üblichen rund 18 Tage lebt. Das Besondere ist, dass dieser doch sehr einfach gestrickte Organismus nichtsdestotrotz eine genetische Übereinstimmung mit dem komplexen menschlichen Organismus von 60 bis 80 Prozent aufweist.

Wir untersuchen zurzeit mit Hilfe des C. elegans Wildtyps sowie verschiedensten genetisch modifizierten Stämmen den Einfluss von Naturstoffen auf ihre antineurodegenerative Wirkung. Zu diesem Thema hat meine Dissertantin Dagmar Pretsch ein Förderstipendium von der Österreichischen Akademie der Wissenschaft bekommen.

In einem aktuellen Forschungsprojekt testet Judith M. Rollinger gemeinsam mit Isabel Soede (Dissertantin), Dagmar Pretsch (Dissertantin) und Julia Zwirchmayer (Diplomandin) die Wirkung von Naturstoffextrakten am lebenden Organismus des Caenorhabditis elegans. Die kleinen Fadenwürmer haben eine hohe Ähnlichkeit zum menschlichen Organismus und eignen sich aufgrund ihrer leichten Handhabung und kurzen Lebensspanne gut für die Analyse von Wirkstoffen. (Foto: Universität Wien)

uni:view: Was genau testen Sie an diesem Modellorganismus und wie funktioniert der Testvorgang?
Rollinger: Wir testen Extrakte und daraus isolierte Reinsubstanzen auf ihr lebensverlängerndes Potenzial. Außerdem untersuchen wir den Energiestoffwechsel der Fadenwürmer. Basierend auf den am Fadenwurm wirksamen Extrakten analysieren wir die darin enthaltenen Verbindungen. Dann isolieren wir schrittweise jene Komponenten des Vielstoffgemisches, die für die Wirkung hauptverantwortlich sind. Durch Verwendung unterschiedlicher Wurmstämme ermitteln wir, welche Schaltstellen und molekularen Zielproteine dabei involviert sind. Das Ziel dieses Ansatzes ist die Auffindung von innovativen Heilmitteln zur Behandlung von chronischen, multifaktoriellen Krankheiten, wie etwa Diabetes, Fettstoffwechselerkrankung oder neurodegenerative Erkrankungen.


uni:view: Sie beschäftigen sich intensiv mit der Grippeforschung. Warum der Fokus auf diese Krankheit?

Rollinger: …weil es gegen diese schwerwiegende Infektionskrankheit dringend neue Leitstrukturen braucht. Außerdem stellen bei Infektionskrankheiten Naturstoffe eine geeignete Quelle dar. Im Rahmen des vom FWF gefördertem Influenza-Projekts wollen wir die Resistenzentwicklung überwinden. Gemeinsam mit unseren Kollaborationspartnern suchen wir nach Naturstoffen, die die Neuraminidase so hemmen, dass auch mutante Viren dieser Blockade nicht entgehen können. Die Neuraminidase ist verantwortlich dafür, dass sich Influenzaviren vom Wirt abkapseln und im Körper verteilen können. Durch unsere Forschung haben wir bereits neue Einblicke in den molekularen Mechanismus von traditionell verwendeten Heilpflanzen gewonnen und dabei neue antivirale Leitstrukturen identifiziert.

uni:view: Welche Pflanzen sind das?
Rollinger: Liegt eine echte Grippe vor, besteht die große Gefahr einer bakteriellen Superinfektion, z.B. durch Pneumokokken, wodurch eine Lungeninfektion droht. Wir waren deshalb interessiert an Naturstoffen, die beide "Bösewichte", also Influenzaviren und Pneumokokken, abtöten können. Solche Verbindungen haben wir im Maulbeerbaum gefunden. Dessen Wurzelrinde wird bereits seit Jahrhunderten in der traditionellen chinesischen Medizin gegen Atemwegserkrankungen, Husten und grippale Infekte verwendet. Fündig wurden meine Mitarbeiterinnen Ulrike Grienke und Christina Mair aber auch in der Süßholzwurzel und in einer südafrikanischen Pflanze (Patentschutz).

uni:view: Welche Rolle spielen Resistenzen bei der Entwicklung von neuen Grippewirkstoffen?
Rollinger: Resistenzen sind die Herausforderung des 21. Jahrhunderts. Im angesprochenen Influenza-Projekt war ein erklärtes Ziel das Finden von Neuraminidase-Inhibitoren, die auch gegenüber resistenten Viren wirksam sind. Obwohl wir fündig wurden, ist das Thema Resistenzen noch längst nicht abgeschlossen. In diesem Zusammenhang wird die Untersuchung bislang unerforschter Organismen von außerordentlicher Bedeutung sein, um das volle Repertoire an Verbindungen in der Natur zu nützen.

uni:view: Danke für das spannende Gespräch! (pp)

Jedes Semester stellt die Universität Wien ihren WissenschafterInnen eine Frage zu einem Thema, das die Gesellschaft aktuell bewegt. In Interviews und Gastbeiträgen liefern die ForscherInnen vielfältige Blickwinkel und Lösungsvorschläge aus ihrem jeweiligen Fachbereich. Die Semesterfrage im Sommersemester 2017 lautet "Gesundheit aus dem Labor – was ist möglich?". Zur Semesterfrage

Mehr über Judith Rollinger:
Judith M. Rollinger ist seit 2014 Professorin für Pharmakognosie/Pharmazeutische Biologie am Department für Pharmakognosie der Fakultät für Lebenswissenschaften. Ihre Forschungsschwerpunkte sind Phytochemie und Biodiscovery, insbesondere die Auffindung von bioaktiven Naturstoffen.