Zu­cker­krank­heit auf dem Vor­marsch

Die Zu­cker­krank­heit (der Dia­be­tes) schleicht un­auf­halt­sam, so scheint es, und mit immer grö­ße­ren Schrit­ten voran. Deutsch­land liegt dabei mit ca. 7,5 Mil­lio­nen Dia­be­ti­kern auf der Platz 6 der Top Ten in der Welt (2006). In­di­en und China füh­ren diese „Hit­lis­te“ mit je ca. 40 Mil­lio­nen Er­krank­ter an. Die Ten­denz in Deutsch­land weist auf einen be­ängs­ti­gen­den An­stieg der Er­kran­kun­gen hin.

Man schätzt, dass in Deutsch­land der­zeit ca. 2 Mil­lio­nen Men­schen auf eine täg­li­che Ver­sor­gung mit dem Hor­mon In­su­lin an­ge­wie­sen sind, um die dras­ti­schen Be­gleit­erschei­nun­gen der Krank­heit ab­zu­mil­dern und so ein weit­ge­hend „nor­ma­les“ Leben füh­ren kön­nen. Noch um 1900 war die Dia­gno­se „Dia­be­tes“ mit einem qual­vol­len Leben und dem bal­di­gen Tod gleich­zu­set­zen.

Fre­de­rick Ban­ting ge­lang zu­sam­men mit Charles Best ein In­sel­ge­we­be der Bauch­spei­chel­drü­se als Pro­duk­ti­ons­stät­te eines wirk­sa­men Stoffs gegen die Krank­heit aus­zu­ma­chen. Zu­sam­men mit dem Bio­che­mi­ker James Col­lip ent­wi­ckel­ten Sie eine Me­tho­de, einen sehr rei­nen Wirk­stoff (das Hor­mon In­su­lin) aus Bauch­spei­chel­drü­sen von Schlacht­tie­ren wie Rin­dern und Schwei­nen zu ex­tra­hie­ren (1921). Der erste von Ihnen er­folg­reich be­han­del­te Pa­ti­ent war ein 13jäh­ri­ger Junge (1922).

Be­reits im Jahre 1923 ge­lang es der Firma Hoechst ein ers­tes In­su­lin­prä­pa­rat in Deutsch­land her­zu­stel­len und an­zu­bie­ten. Dazu wur­den in auf­wän­di­gen und teu­ren Ver­fah­ren die Bauch­spei­chel­drü­sen von Schwei­nen und Rin­dern auf­ge­ar­bei­tet, um an das be­gehr­te Hor­mon zu kom­men. Zudem hatte man das Pro­blem, wie man nach der Struk­tur­auf­klä­rung des Pep­tid-Hor­mons durch Fre­de­rick San­ger im Jahre 1955 wuss­te, dass das ex­tra­hier­te Hor­mon in sei­ner Ami­no­säu­re-Se­quenz nicht genau dem mensch­li­chen Hor­mon ent­spricht. Da­durch stell­ten sich häu­fig schwe­re im­mu­no­lo­gi­sche Re­ak­tio­nen bei den so be­han­del­ten Pa­ti­en­ten ein.

In­su­li­ne be­ste­hen aus zwei über Di­sul­fid­brü­cken ver­knüpf­te Po­ly­pep­tid­ket­ten. Beim Rin­der­in­su­lin fin­det man in 3 Po­si­tio­nen eine Ab­wei­chung der Ami­no­säu­re­se­quenz, beim Schwei­ne-In­su­lin da­ge­gen in nur einer Po­si­ti­on. Bei letz­te­rem ist es die letz­te Ami­no­säu­re der so­ge­nann­ten B-Kette. Das kann man heute durch bio­che­mi­sche Ver­än­de­run­gen kor­ri­gie­ren, wo­durch das In­su­lin sehr viel ver­träg­li­cher wird. Den­noch re­agie­ren eine Reihe von Men­schen mit der Zeit mit all­er­gi­schen Re­ak­tio­nen auf tie­ri­sches In­su­lin. Dabei wird Schwein­ein­su­lin bes­ser ver­tra­gen als Rin­der­in­su­lin.

Ein Typ-I-Dia­be­ti­ker be­nö­tigt ca. 1,5 mg In­su­lin pro Tag. Ein Schwei­ne­pan­kre­as (Bauch­spei­chel­drü­se des Schweins) er­gibt tie­ri­sches In­su­lin für ca. 10 Ta­ges­ra­tio­nen, also ca. 15 mg. Das heißt, ein in­su­linab­hän­gi­ger Zu­cker­kran­ker be­nö­tigt das In­su­lin aus den Bauch­spei­chel­drü­sen von ca. 40 Schwei­nen pro Jahr. Um die ca. 2 Mil­lio­nen (eine große Dun­kel­zif­fer ist nicht ein­ge­rech­net) in­su­linab­hän­gi­gen Dia­be­ti­ker in Deutsch­land zu ver­sor­gen, müss­ten jähr­lich ca. 80 Mil­lio­nen Bauch­spei­chel­drü­sen von Schwei­nen auf­ge­ar­bei­tet wer­den. In der BRD wur­den 2008 rund 55 Mio Schwei­ne ge­schlach­tet. Welt­weit müss­ten ca. 200 Mio. Dia­be­ti­ker mit In­su­lin aus Bauch­spei­chel­drü­sen ver­sorgt wer­den. Das ent­spricht etwa eines Be­darfs von 8 Mrd. Schwei­nen.

Seit 1980 steht gen­tech­nisch her­ge­stell­tes In­su­lin zur Ver­fü­gung. Als Pro­duk­ti­ons­ort für das Hu­man­in­su­lin ver­wen­de­te man da­mals gen­tech­nisch ver­än­der­te Bak­te­ri­en (Eche­ri­chia coli; kurz: E.​coli). Dazu über­trug man den Bak­te­ri­en mit Hilfe spe­zi­fi­scher En­zy­me und so­ge­nann­ter Plas­mi­de (als Gen­fäh­ren) das Gen für Hu­man­in­su­lin. Die er­folg­reich ver­än­der­ten Bak­te­ri­en wur­den dar­auf­hin iso­liert, um sie dann in gro­ßen Fer­men­tern zu ver­meh­ren. Über ihren Stoff­wech­sel stell­ten sie nun Hu­man­in­su­lin her, das durch Auf­schluss der Bak­te­ri­en ge­won­nen und ge­rei­nigt wer­den konn­te. Diese Bak­te­ri­en wur­den also ge­ne­tisch um­pro­gram­miert und bil­de­ten damit einen Stoff, den sie auf der Grund­la­ge ihres ur­sprüng­li­chen Ge­noms nicht hät­ten her­stel­len kön­nen – das Hu­man­in­su­lin.

Heute steht am An­fang eines groß­tech­ni­schen Pro­duk­ti­ons­pro­zes­ses ein Mil­li­li­ter gen­ver­än­der­ter E.​coli-Bak­te­ri­en, die in flüs­si­gem Stick­stoff auf­be­wahrt wer­den. Am Ende er­hält man dann zwei bis sechs Ton­nen jener Bio­mas­se, die den Grund­stoff für In­su­lin bil­den. Zwei Ton­nen Bio­mas­se er­ge­ben nur we­ni­ge Ki­lo­gramm rei­nen In­su­lins, doch mit jedem Ki­lo­gramm kön­nen 7000 Dia­be­ti­ker ein Jahr lang ver­sorgt wer­den. Auf diese Weise kön­nen in gro­ßen An­la­gen große Men­gen an Human-In­su­lin her­ge­stellt wer­den.

 
Auf­ga­be:

Der Text be­schreibt Me­tho­den der In­sulin­her­stel­lung.
Viele Schü­ler sagen, gen­tech­ni­sche Her­stel­lung von In­su­lin ist auf lange Sicht die ein­zig sinn­vol­le Me­tho­de.

Be­wer­ten Sie diese These und be­grün­den Sie Ihre Aus­sa­ge an­hand des oben­ste­hen­den Tex­tes.

Lö­sungs­vor­schlag

Zu­cker­krank­heit auf dem Vor­marsch: Her­un­ter­la­den [pdf] [118 KB]

Zu­cker­krank­heit auf dem Vor­marsch: Her­un­ter­la­den [doc] [35 KB]

Zu­cker­krank­heit auf dem Vor­marsch: Her­un­ter­la­den [docx] [24 KB]