Seminarkurs 2000/01 Gentechnisch veränderte Lebensmittel Franziska Ortlieb

1. Grundlegendes

1. Was ist Insulin?

2. Was ist die Zuckerkrankheit?

2. Geschichte

1. Die Geschichte des Insulins

3. Herkömmliche Gewinnungsmethoden

1. Die Gewinnung von tierischem Insulin aus Schweine- und Rinderpankreaten

2. Was war des Ausschlag nach neuen Methoden zu suchen?

4. Biotechnische Herstellungsmethoden

1. Humaninsulin aus zwei E-Colibakteriestämmen

2. Humaninsulin aus Hefe

3. Humaninsulin aus einem E-Colibakteriestamm

1. Fermtec

2. Chemtec

3. Insultec

5. Insulindesign: Insuline nach Maß

6. Ethische Bewertung

7. Quellenangaben

8. Bildnachweis

9. Anhang

1. Worterklärungen

2. Interessantes und Wissenswertes

3. Weitere Literaturangaben zu diesem Thema

1. Grundlegendes

1.1 Was ist Insulin?

(Auszug aus dem Lexikon zur Definition)

Insulin ist ein in bestimmten Zellen der Bauchspeicheldrüse gebildete Hormon, das für den Kohlenhydratstoffwechsel zentrale Bedeutung hat. Es besteht aus 51 Aminosäuren, die in zwei unverzweigten Polypeptidketten angeordnet sind. Die A-Kette mit 21 und die B-Kette mit 30 Aminosäuren sind durch zwei Disulfidbrücken miteinander verbunden. Die Aneinanderreihung der einzelnen Aminosäuren im Insulinmolekül ist von Tierart zu Tierart verschieden. Das Schweineinsulin unterscheidet sich vom Menscheninsulin lediglich durch eine andere entständige Aminosäure in der B-Kette. Das in der Diabetesbehandlung verwendete Rinderinsulin hat noch zwei andere Aminosäuren in der A-Kette.

Da es ein Eiweißkörper ist, wird eingenommenes Insulin von den Verdauungsfermenten zerstört und unwirksam, deshalb muss es eingespritzt werden. Eine internationale Einheit (I.E) entspricht 0,041 Milligramm hochgereinigtem Insulin. Ein Milligramm kristallisiertes Insulin hat die Aktivität von 24 I.E.

Unter den vielfältigen Insulinwirkungen im Stoffwechsel steht die Beeinflussung verschiedener Transportvorgänge im Vordergrund. Insulin erhöht die Durchlässigkeit der Zellwände für Glukose; es erleichtert somit den Zuckertransport durch die Membranen und reguliert den Blutzuckerspiegel. Das Hormon beeinflusst aber auch den Eiweiß- und Fettstoffwechsel.

Eine unzureichende Funktion der Inselzellen führt zum Insulinmangel und damit zum „Diabetes mellitus“. Dieser Hormonmangel des Zuckerkranken lässt sich durch die Injektion von Insulin beheben.

(Das Große Lexikon in Wort und Bild ; Wissen und Bildung / Band 6; Begriff: Insulin)

1.2 Was ist die Zuckerkrankheit?

(Auszug aus dem Lexikon zur Definition)

Diabetes mellitus

Die Zuckerkrankheit (Diabetes mellitus), ist eine Störung des Kohlenhydratstoffwechsels infolge eines relativen oder absoluten Mangels an Insulin. Dieses Hormon wird in den Inselzellen der Bauchspeicheldrüse gebildet, es reguliert den Glykogenaufbau und den Blutzuckerspiegel. Im Blut des Gesunden sind normalerweise 80 bis 120 Milligramm Prozent Traubenzucker enthalten, bei enzymatischer Bestimmung 60-90 Milligramm Prozent. Dieser Wert steigt nach einer Kohlenhydrat enthaltenden Mahlzeit leicht an und erreicht nach zwei Stunden wieder den Normwert. Beim Diabetiker ist die Traubenzuckerverträglichkeit (Glukosetoleranz) beeinträchtigt, da sein Insulinmangel eine unvollständige Kohlenhydratverwertung bedingt. Bei bereits erhöhten Ausgangswerten des Blutzuckers kommt es beim Diabetiker nach der Kohlenhydrataufnahme zum weiteren und verlängertem Blutzuckeranstieg. Zu den klassischen Symptomen des Diabetes zählen ferner Zuckerausscheidung im Harn, Durst, große Harnmengen und Schwäche. Das diabetische Koma ist eine tiefe Bewusstlosigkeit infolge eines totalen Insulinmangels. Nach den Ergebnissen von Reihenuntersuchungen sind 1,5 bis 2 Prozent der Bevölkerung zuckerkrank, d. h in der Bundesrepublik Deutschland leben mindestens 800 000 Diabetiker. Obwohl Diabetes die häufigste vererbte Stoffwechselkrankheit ist, kennt man den Vererbungsmodus nicht genau, vermutlich sind mehrere übertragene Gene beteiligt. Ebenso unklar sind immer noch die Ursachen für den Insulinmangel. Der Diabetes des Jugendlichen entwickelt sich innerhalb von Wochen aus einer normalen Stoffwechsellage bis zum absoluten Insulinmangel. Dieser Mangel ist beim älteren Diabetiker nur relativ. Die Entwicklung des Altersdiabetes geht über Jahre und durchläuft Vorstadien, die diagnostisch und therapeutisch genutzt werden können. Die Krankheit ist nicht heilbar. Das Behandlungsziel sind die Erhaltung der Beschwerdefreiheit und Leistungsfähigkeit des Patienten, die Vermeidung von Stoffwechselentgleisungen, die Vorbeugung von Komplikationen, Begleit- und Folgekrankheiten wie Nieren-, Netzhaut-, Nerven- und Gefäßschäden.

Nach Art und Schwere der Erkrankung richtet sich die Therapie. Sie besteht entweder in der Diät allein oder in Diät und blutzuckersenkenden Medikamenten oder in Diät und Insulinspritzen zur Substitution des endogenen Insulinmangels. Die Grundlage der Diabetesbehandlung ist die Diät. Sie soll die Kohlenhydrate einschränken, die reinen Zucker ausschalten, ausreichend Eiweiß enthalten, den Fettanteil der Kost reduzieren und eine Angemessene Gesamtkalorienzahl auf mehr als drei Hauptmahlzeiten verteilen. Eine angemessene körperliche Tätigkeit trägt zur Verbesserung der Stoffwechsellage bei.

(Das Große Lexikon in Wort und Bild ; Wissen und Bildung / Band: 4 Begriff: Diabetes)

2. Geschichte

2.1 Die Geschichte des Insulins

Die Zuckerkrankheit ist wahrscheinlich eine Krankheit, die so alt ist wie die Menschheit selbst. Sogar in alten Schriften der Inder und auf ägyptischen Hieroglyphen finden sich schon Hinweise auf diese Krankheit.

Eine der treffendsten Beschreibungen aus der Antike stammt aus dem 2. nachchristlichen Jahrhundert vom griechischen Arzt Aretaeus dem Cappadozier.

"Diabetes ist eine wundersame Affektion; nicht so häufig bei Männern; ein Aufschmelzen von Fleisch und Gliedern im Urin.... Das Leben ist kurz, abscheulich und schmerzhaft, der Durst unstillbar, der Tod unausweichlich."

Diese Definition des Diabetes mellitus hatte seine Gültigkeit bis ins Jahr 1922, als einer kanadischen Forschergruppe am Physiologischen Institut der Universität Toronto der Durchbruch in der Diabetesforschung gelang.

1921 trat der kanadische Chirurg Frederick Grant Banting an Prof. JJR MacLeod, den Leiter des Physiologischen Institutes, mit der Bitte heran, ihm die Möglichkeit zu geben die Blutzuckersenkung mit Hilfe eines Pankreasextraktes bei diabetischen Patienten zu erforschen.

MacLeod war anfangs von dieser Idee nicht sehr begeistert, stellte Banting aber einen kleinen Raum zur Verfügung, und gab ihm den gerade promovierten Physiologen Charles Herbert Best als Assistenten zur Seite.

Wenige Zeit später schafften es die beiden Forscher aus den Pankreas einen salzsauren Alkoholextrakt zu gewinnen, mit dem sie dann einen experimentell hervorgerufenen Diabetes bei Hunden erfolgreich behandeln konnten. Noch im Jahr 1922 machten sie mit dem von ihnen hergestellten Pankreasextrakt einen Selbstversuch. Bereits 1922 wurde dann der erste Mensch auf diese Weise erfolgreich behandelt. Es war ein 13-jahriger Junge mit dem Nahmen Leonard Thompson der mit 27 Jahren an einer Bronchopneumonie starb. Die zweite Patientin Elisabeth Hughes, damals 11 Jahre alt, wurde mit Hilfe eines verbesserten Extraktes behandelt. Sie heiratete später, bekam 3 Kinder und starb im Alter von 73 Jahren an Herzversagen.

Für ihre Erfolge wurden Banting und MacLeod 1923 der Nobelpreis für Medizin zugesprochen, den diese freiwillig mit Collip und Best teilten.

Die Aufklärung der chemischen Konstruktion von Insulin gelang 1955 dem Chemiker Sanger, der dafür den Nobelpreis für Chemie erhielt. Die synthetische Herstellung im Reagenzglas konnte in den letzten Jahren fast gleichzeitig von drei verschiedenen Forschergruppen in Amerika, China und Deutschland (von Zahn im Wollforschungs-Institut in Aachen) erstmals durchgeführt werden.

Weitere Daten der Insulinforschung und Produktion:

1923 Beginn der Insulinproduktion in Europa: saures Altinsulin vom Rind

1933 Gründung des Niels Steensen Krankenhauses zur Erforschung des Diabetes

1936 Hoechst: Produktion von „Kristallinsulin“.

1939 Hoechst: „Depot-Insulin Hoechst“ –länger wirkendes Insulinpräparat ohne Zusatz von

Fremdeiweiß.

1946 NPH (Neutral Protamin Hagedorn)-Insulin: erstes gewebsneutrales Langzeitinsulin

1951 Hoechst: „Komb-Insulin“ mit raschem Wirkungseintritt und einer Depotwirkung von

9-14 Stunden

1953 Lente-Insuline: Zink-Insuline mit verschieden langer Wirkdauer

1953 erschien das „Long-Insulin Hoechst“ das eine Wirkungsdauer von bis zu 20 Stunden

hatte auf dem Markt.

1962 Hoechst: „HG-Insulin Hoechst“ - Wirkungsgrad zwischen dem „Depot-Insulin Hoechst“

und dem „Long-Insulin“

1967 Als erstes Unternehmen stellt Hoechst 1967 auf die immunverträglicheren

Monospeziesinsuline um: Rinderinsulin wurde für die Routinetherapie, Schweineinsulin

bei Patienten mit Allergien eingesetzt.

1982 Actrapid HM: erstes raschwirkendes Humaninsulin

1985 Einführung des NovoPen: ermöglicht den Durchbruch der modernen Basis-Bolus-

Therapie

1986 Hoechst: Brachte das Präparat „H-Tronin 100“ für die Pumpentherapie auf den Markt.

1987 Kam das Präparat „Human-Insulin 100 Hoechst“ für die Injektionshilfe „OptiPen“ auf

den Markt.

1995 NovoLet: erste Insulinfertigspritze

1998 nahm Hoechst Marion Roussel die weltweit modernste biotechnologische Großanlage

zur Insulinproduktion in Frankfurt in Betrieb.

1999 Repaglinide: erster Insulinreleaser zur Behandlung des Typ 2 Diabetes

1999 Innovo: der erste Insulindoser

2000 Insulin Aspart: das schnell wirksame Insulinanalogon

3. Herkömmliche Gewinnungsmethoden von Insulin

3.1 Die Gewinnung von tierischem Insulin aus Rinder- und Schweinepankreaten

Seit 1922 wird Insulin aus Bauchspeicheldrüsen (med. Pankreas) von Rindern und Schweinen gewonnen und für die Diabetes Behandlung verwendet. Dies ist möglich, da Säugetiere über Insulin verfügen, das sich vom menschlichen Insulin nur wenig unterscheidet hinsichtlich seiner Funktion aber gleich ist. Schweineinsulin unterscheidet sich zum Beispiel von Humaninsulin nur um eine Aminosäure (Ala - Thr, Position 51).

Trotzdem verursacht tierisches Insulin bei einer Reihe von Patienten die Bildung von Antipörpern die die Wirkung des Insulins aufheben (Insulin-Resistenz) oder/und allergische Reaktionen auslösen können.

Deshalb wird Rinderinsulin eher für die allgemeine Diabetes Therapie verwendet und Schweineinsulin, das dem Humaninsulin ähnlicher ist, eher für die Behandlung von Diabetikern, bei denen die Gefahr allergischer Reaktionen oder starker Antikörperbildung besteht.

Der entscheidende Nachteil dieser Art der Insulingewinnung sind allerdings die großen Mengen an tierischen Bauchspeicheldrüsen, die benötigt werden. So ist ausgerechnet worden, dass für die jährliche Versorgung eines zuckerkranken Menschen zum Beispiel 50 Schweine geschlachtet werden müssen.

Heute werden in Europa ca. 10% tierische Insuline verschrieben.

3.2 Was war der Ausschlag nach neuen Methoden zu suchen?

Die steigende Anzahl an Diabetikern hat zu einem immer größerem Ressourcenproblem auf dem Markt geführt, da sich die Zahl der Schweine und Rinder die geschlachtet werden müssen um tierisches Insulin zu gewinnen nicht beliebig steigern lässt.

Die Bauchspeicheldrüse