Nebenwirkungen suchen

Mit computerbasierten Modellen versucht die Pharmazeutin Daniela Schuster die Wirkungen und Nebenwirkungen von chemischen Verbindungen vorherzusagen. Das könnte helfen, die Sicherheit Hunderttausender Chemikalien rascher zu überprüfen.
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Bild: Daniela Schuster

Daniela Schuster lädt die dreidimensionale Darstellung eines Moleküls auf den Bildschirm. Gelbe und rote Kugeln markieren jene Bereiche der chemischen Verbindung, die besonders kontaktfreudig sind. An diesen Stellen kann das Molekül mit anderen Teilchen wechselwirken. Die Pharmazeutin sagt so am Computer die Wirkungsweise von bestimmten chemischen Verbindung vorher. „Das ist wichtig, weil wir heute hunderttausende Chemikalien verwenden, ohne dass wir über ihre Wirkungen auf Mensch und Umwelt genau Bescheid wissen“, sagt Daniela Schuster. „Seit der REACH-Verordnung der Europäischen Union dürfen nur noch chemische Stoffe in Verkehr gebracht werden, die vorher registriert worden sind. Dazu sind in vielen Fällen Sicherheitsberichte erforderlich.“ Ein Weg, aus den zahllosen Verbindungen jene auszuwählen, die für den menschlichen Organismus gefährlich werden könnten, sind die Computermodelle von Daniela Schuster.
Sie kann an ihrem Arbeitsplatz am Institut für Pharmazie der Universität Innsbruck inzwischen über 300 verschiedene Mechanismen im menschlichen Körper simulieren und so abschätzen, welche Chemikalien das Immunsystem beeinflussen, den Hormonhaushalt stören oder Herz und Kreislauf belasten. „Wir haben zum Beispiel eine Verbindung identifiziert, die in der Gummiproduktion zum Einsatz kommt und beim Menschen den Blutdruck beeinflussen kann“, erzählt Schuster. „Nun ist es für Otto Normalverbraucher kein Problem, wenn er mit diesem Stoff in Kontakt kommt. Jene Personen aber, die bei der Produktion von Gummiprodukten laufend damit konfrontiert sind, sollten regelmäßig auf Bluthochdruck untersucht werden.“

Vom Computer in die Zellkultur

Um solche Aussagen treffen zu können, muss Daniela Schuster am Computer die Wirkmechanismen unterschiedlicher Moleküle im Körper genau nachbauen. Dazu berechnet sie die dreidimensionale Struktur einer Verbindung und identifiziert jene Bereich, die aktiv und nicht aktiv sind. „Weil jedes Molekül in seiner Form flexibel ist, müssen wir für jede Verbindung bis zu 250 Modelle rechnen“, sagt die Pharmazeutin. „Erst dann können wir mögliche Reaktionen mit anderen chemischen Verbindungen untersuchen.“
Jene Verbindungen, die in Schusters Modellen Wirkungen zeigen, werden von Kooperationspartnern an verschiedenen Universitäten weltweit biologisch getestet. „Wenn die von uns vorhergesagten Wirkungen in den Zellkulturen nachgewiesen sind, waren wir erfolgreich“, sagt Schuster. Allerdings bedarf es auch nach den biologischen Tests noch detailliertere Untersuchungen, wie die Stoffe im menschlichen Körper aufgenommen werden, welche Konzentrationen gefährlich sind und zu welchen Wechselwirkungen es kommen kann.

Arznei- und Naturstoffe

Getestet werden von Schuster und ihrem Team derzeit Chemikalien, die bei uns besonders häufig verwendet werden oder die unserem Körper besonders nahe kommen: „Lippenstift zum Beispiel essen wir ja buchstäblich“, sagt Schuster schmunzelnd. „Auch darin können Stoffe verborgen sein, die unseren Hormonhaushalt oder das Immunsystem beeinflussen.“ Dabei arbeitet die Forscherin auch mit jenen Unternehmen zusammen, die diese chemischen Verbindungen herstellen.
Gemeinsam mit ihrer Kollegin Judith Rollinger untersucht Daniela Schuster auch Wirkungen von Naturstoffen, die als Arzneimittel oder Nahrungsergänzungsmittel in Gebrauch sind. Diese erzielen ihre positive Wirkung oft durch mehrere pharmakologische Angriffspunkte, die aber auch Nebenwirkungen verursachen können. Die beiden Wissenschaftlerinnen sind deshalb auf der Suche nach bisher unbekannten Angriffspunkten viel verwendeter Arzneistoffe und weit verbreiteter Naturstoffe. So haben sie zum Beispiel festgestellt, dass ein in der Tiermedizin häufig verwendetes Beruhigungsmittel und im Menschen wirksames Antiallergikum Herzrhythmusstörungen auslösen kann.

Noch viel Arbeit zu leisten

Langfristig will Daniela Schuster eine Plattform etablieren, auf der chemische Verbindungen systematisch auf ihre Nebenwirkungen hin untersucht werden können. „Wir leisten hier Grundlagenarbeit und können nur einige wenige Chemikalien gezielt untersuchen“, sagt die Wissenschaftlerin. „Um die große Zahl von möglichen Kandidaten wirklich analysieren zu können, muss das Ganze finanziell auf eine breitere Basis gestellt werden.“

Zur Person

Die 1978 in Innsbruck geborene Daniela Schuster studierte an der Universität Innsbruck Pharmazie. Ihre Diplomarbeit verfasste sie bei Prof. Thierry Langer am Arbeitsbereich Pharmazeutische Chemie, wo sie 2006 auch ihre Doktorarbeit abschloss. Danach war sie als Postdoc beim Spin-off-Unternehmen Inte:Ligand sowie an den Universitäten Innsbruck und Erlangen tätig. Für ihre Forschungen wurde Daniela Schuster 2006 mit dem Preis der Dr. Maria Schaumayer Stiftung, 2007 mit dem Georg und Christine Sosnovsky Preis und 2011 mit dem Prof. Ernst Brandl Preis ausgezeichnet. 2009 erhielt sie das Erika-Cremer-Habilitationsstipendium der Universität Innsbruck.

Dieser Artikel ist in der Oktober-Ausgabe des Magazins „wissenswert“ erschienen. Eine digitale Version ist hier zu finden (PDF).