Wie Rhododendron-Inhaltsstoffe auf den menschlichen Körper wirken, ist auch an deren Farbe zu erkennen Zellen reagieren in Violett und Grün

Altstadt. Zellbiologin Klaudia Brix von der Jacobs University und ihre Kollegen sind quasi auf der Suche nach der Nadel im Heuhaufen: Sie forschen nach den Inhaltsstoffen von Rhododendron mit biomedizinischer Wirkung. Eine mühsame Arbeit bei etwa 3600 Rhododendron-Arten im Rhododendron-Park und einem Vielfachen an Pflanzeninhaltsstoffen.
02.05.2016, 00:00
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Von Solveig Rixmann

Zellbiologin Klaudia Brix von der Jacobs University und ihre Kollegen sind quasi auf der Suche nach der Nadel im Heuhaufen: Sie forschen nach den Inhaltsstoffen von Rhododendron mit biomedizinischer Wirkung. Eine mühsame Arbeit bei etwa 3600 Rhododendron-Arten im Rhododendron-Park und einem Vielfachen an Pflanzeninhaltsstoffen.

Gesucht wird zudem ein Multitalent: ein Rhododendron-Extrakt, das Bakterien abtötet und daher als Antibiotikum eingesetzt werden kann, aber die menschlichen Zellen nicht angreift, darüber hinaus auch Tumorzellen tötet und somit gegen Krebs wirksam ist. Bei all dem macht auch manchmal die Dosis das Gift: Über die Verträglichkeit eines Extrakts oder das Absterben von Zellen entscheidet manchmal nur die Konzentration eines Extraktes.

„Die Pflanzeninhaltsstoffe machen tatsächlich ungefähr ein Viertel aller Arzneistoffe aus“, erklärte Klaudia Brix in der Reihe „Wissen um elf“ im Haus der Wissenschaft. Auch Rhododendren haben Potenzial: Genau wie alle anderen Pflanzen produzieren sie viele sekundäre Stoffe. Hinzu kommt, dass Rhododendron-Extrakte traditionell zum Beispiel bei Infektionen oder auch bei Magen-Darm-Erkrankungen eingesetzt werden – wenn auch nicht bei uns.

Der für das Projekt entscheidende Aspekt: „Rhododendron-Extrakte wirken gegen Bakterien.“ Also arbeitet Klaudia Brix mit Fachleuten aus dem Rhododendron-Park, einem Genetiker der Universität Oldenburg, einem Naturstoffchemiker und einem Mikrobiologen der Jacobs University zusammen, um die zellbiologischen Wirkungen von pflanzlichen Inhaltsstoffen zu untersuchen – mit dem Ziel, neue Antibiotika zu identifizieren. Denn Infektionskrankheiten seien immer noch die zweithäufigste Todesursache weltweit, erklärt Brix.

Die Rhododendron-Extrakte gewinnen die Wissenschaftler aus den Blättern der Pflanzen. Hat der Mikrobiologe im Team Rhododendron-Inhaltsstoffe entdeckt, die Bakterien abtöten, dann beginnt die Arbeit von Klaudia Brix. Die Zellbiologin untersucht, ob diese Pflanzeninhaltsstoffe menschliche Zellen in ihrer Funktion schädigen oder unterstützen.

Mithilfe von bewährten Modell-Bakterien werden die Extrakte auf ihre antimikrobielle Aktivität getestet. Dafür kommen das gram-positive Bacillus Subtilis und das gram-negative Escherischia Coli zum Einsatz. Die Bakterien werden auf einen Nährboden ausgetragen. Dann wird Rhododendron-Extrakt hinzugegeben. In bestimmten Abständen kontrollieren die Forscherinnen und Forscher, ob und wie viele der Bakterien gewachsen sind. Eine echte Fleißarbeit.

Natürlich muss sichergestellt sein, dass bei einer Behandlung, der Rhododendron-Extrakt nicht die menschlichen Zellen schädigt. Stoffe, die als Tablette oder getrunken eingenommen werden, kommen mit dem Magen-Darm-Trakt in Kontakt. Wird der Extrakt in Cremes verwendet, kommt es mit der Haut in Kontakt. Daher wurden für Tests Dünndarmzellen und Hautzellen verwendet. „Wir können uns zum einen ansehen, ob es den Zellen gut geht, indem wir den Zellstoffwechsel betrachten“, sagt Klaudia Brix. Wissenschaftlich wird dafür die Aktivität der für die Energieproduktion der Zellen zuständigen Mitochondrien untersucht.

Dabei kommen zwei Methoden zum Einsatz. Bei der biochemischen Methode wird den Zellen ein Substrat hinzugefügt. Die Enzyme von intakten, stoffwechselaktiven Zellen setzen diesen Stoff in einen violetten Farbstoff um. Dieser Test wird auch mit unterschiedlichen Konzentrationen der Extrakte durchgeführt. Die Messergebnisse werden unter dem Mikroskop überprüft. Für diese visuelle Methode färben die Forscher die Mitochondrien – den Teil, der die Energie für die Zellen erzeugt – ein. Verändert sich diese Farbe dann, ist das ein Zeichen dafür, dass es den Zellen nicht gut geht. Erste Ergebnisse der Tests: „Die Zellen der Haut sind relativ resistent“, sagt Klaudia Brix. Sie seien wesentlich resistenter als die Dünndarm-Zellen.

Die Zellen müssen bei einer Behandlung mit Rhododendron-Extrakt aber auch ihr Protein-Netzwerk, das ihnen ihre Struktur gibt, aufrecht erhalten. Dafür werden die Zellen wieder eingefärbt. Diesmal wird das Zellskelett durch das Gift des grünen Knollenblätterpilzes sichtbar gemacht. Anschließend werden die Zellen mit den Rhododendron-Extrakten in verschiedenen Konzentrationen behandelt, und es werden wieder die Veränderungen beachtet.

Eine hohe Konzentration des Rhododendron-Extraktes vertragen die Zellen nicht besonders gut. Aber bei geringer Konzentration der Extrakte kommen die Zellen mit diesen ganz gut klar. Sollten Zellen bei den Tests absterben, untersuchen die Teams genau, wie die Zellen zugrunde gehen. Im Wesentlichen gibt es zwei Formen des Zelltods: die Apoptose und die Nekrose. Bei einer Nekrose sterben die Zellen unkoordiniert ab, und das Immunsystem des Körpers wird alarmiert. Eine Apoptose wird auch programmierter Zelltod genannt. Dabei sterben Zellen, die nicht mehr einwandfrei funktionieren, in einem regulierten Prozess, ohne diesen Alarm an das Immunsystem abzugeben. „Wir haben dann nach Rhododendron-Extrakten gesucht, die diese Form des Zelltods auslösen können.“ Denn: „Das Starten eines programmierten Zelltodes ist durchaus eine gängige Methode, um bestimmte Tumorzellen abzutöten“, erklärt Klaudia Brix.

Da liegt auch die Hoffnung der Forscherinnen und Forscher. Dahingehend wird momentan das Rhododendron-Extrakt einer afghanischen Art – Genaueres wollte Klaudia Brix noch nicht verraten – untersucht. Sie und ihre Kolleginnen und Kollegen hoffen darauf, dass ein Rhododendron-Extrakt, das gegen die normalen Zellen wirkt, vielleicht auch gegen Tumor-Zellen wirkt. Das Projekt will nun einen Antrag auf weitere Finanzierung stellen, um diesen Ansatz weiter zu erforschen. Damit im Kampf gegen Infektionen und Krebs irgendwann eine neue medizinische Waffe zur Verfügung steht.

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