Moderne Methoden der Zellbiologie

VI: Wirkstoff-Screening    (INHALT)

Bioaktive Wirkstoffe

Was sind bioaktive Substanzen?               HIGHRES 165 kbyte
Die Suche nach bioaktiven Substanzen ist eines der spannensten Kapitel der Biologie. Eine ungeheure Vielfalt von Wirkstoffen kann aus pflanzlichem und tierischem Material gewonnen werden und in der Forschung verwendet oder zu Arzneimitteln entwickelt werden.   Bioaktiven Substanzen beeinflussen Lebensfunktionen schon in sehr geringen Konzentrationen - sie wirken effektiv und oft auch sehr spezifisch auf bestimmte Proteine. Wegen dieser Spezifität eignen sie sich für die Anwendung in vielen Bereichen der biologischen Forschung und können zudem Leitstrukturen für die Entwicklung neuer Pharmaka liefern.
Paradebeispiele für die Nützlichkeit pflanzlicher Substanzen sind das Morphin, ein Inhaltsstoff des Schlafmohns Papaver somniferum (oben rechts) und das Strychnin aus der Brechnuss Strychnos nux-vomica (oben links). Morphin ist bis heute eine der wichtigsten Substanzen für die Schmerztherapie, und Strychnin wird als spezifischer Blocker von Glycinrezeptoren bei der Erforschung der neuronalen Signalverarbeitung eingesetzt.   Quelle: Links : Teuscher, E., Lindequist, U. (1994)               Rechts: Seefelder, M. (1996)
Beutejagende Tiere nutzen eine Vielzahl chemischer Verbindungen als Jagdgifte zum Lähmen und Töten ihrer Opfer. Die Verwendung solcher Gifte ist im Tierreich weit verbreitet, angefangen von Quallen, Seeanemonen und Seeschnecken, über Spinnen, Skorpione und verschiedene Insekten bis hin zu Fischen und Giftschlangen. Andere Tiere produzieren Gifte nicht nicht zum Beutefang, sondern zur Verteidigung oder, um ungenießbar für etwaige Feinde zu sein.   So produzieren viele tropische Frösche, wie der blaue Frosch Dendrobates azureus (rechts) giftige Hautsekrete, die - kombiniert mit einer auffälligen Warnfärbung - eine wirksame Abschreckung bilden. Der Pufferfisch Arothron spec. (unten) besitzt ein sehr wirksames Gift, das Tetrodotoxin, eine der giftigsten Substanzen, die wir kennen.
Die Gifte von tropischen Fröschen und Pufferfischen spielen eine große Rolle bei der Erfoschung von Ionenkanälen, denn sie enthalten hocheffiziente und spezifische Wirkstoffe, die zur experimentellen Arbeit an Ionenkanälen verwendet werden. Gifttiere sind für die biologische Forschung ein unerschöpfliches Reservoir wertvoller Wirkstoffe.   Quelle: Links : Habermehl, G.G. (1994)               Rechts: Hofrichter, R. (1998)
Synthetische Wirkstoffe   Viele therapeutisch genutzte Wirkstoffe sind synthetisch hergestellt. Dazu zählen Substanzen, deren Wirkung man rein zufällig entdeckt hat, eine Reihe von Substanzen aus der Farbstoffchemie, sowie Verbindungen, die gezielt für eine Wirkung auf bestimmte Rezeptoren konstruiert worden sind. Die letztere Methode, das rechnergestützte Wirkstoffdesign, ist eine besonders interessante Entwicklung in der Pharmaforschung.   Um einen Wirkstoff gezielt synthetisieren zu können, muß die Raumstruktur des Rezeptors sowie die Ladungsverteilung an seiner Oberfläche bekannt sein. Nur mit dieser Information können Moleküle berechnet werden, die an den Rezeptor binden.   Das Bild rechts veranschaulicht das Prinzip: Dargestellt ist die Raumstruktur des Enzyms Dihydrofolat-Reduktase, wobei überwiegend negativ geladene Bereiche blau und positiv geladene Bereiche rot gekennzeichnet sind. Der Tumorwachstumshemmer Methotrexat (Atommodell) ist der Oberfläche des Enzyms sowie der Ladungsverteilung angepasst.   Aus: Böhm, H.-J., Klebe, G., Kubinyi, H. (1996)