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Umweltchemikalien - Computerbasiertes „Frühwarnsystem“

UmweltchemikalienComputerbasiertes „Frühwarnsystem“

Wie gefährlich sind Umweltchemikalien und wie beeinflussen sie unsere Gesundheit? Die Pharmazeutin Daniela Schuster entwickelt in einem Projekt des Wissenschaftsfonds FWF ein computerbasiertes „Frühwarnsystem“ für gefährliche Substanzen.

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Pharmakophormodell

Wir sind täglich einer Reihe von Umweltchemikalien ausgesetzt. Sie befinden sich in Putzmitteln, in Kosmetika, Plastikprodukten, Textilien oder auch Nahrungsergänzungsmitteln. Viele dieser synthetisch erzeugten Produkte hinterlassen Spuren in unserem Körper und haben nachweislich Auswirkungen auf das Immunsystem, den Hormonhaushalt oder auf Herz und Kreislauf.

Im Rahmen des REACH-Programmes der Europäischen Union und des US-National-Toxicity-Programms werden Chemikalien inzwischen systematisch auf ihre Auswirkungen hin untersucht. Die Pharmazeutin Daniela Schuster entwickelt Methoden, um diese Tests um ein Vielfaches effizienter umsetzen und bessere Ergebnisse erzielen zu können. Dabei greift die Forscherin am Institut für Pharmazie der Universität Innsbruck auf ihre Erfahrung und Methoden aus dem Bereich der Medikamentenentwicklung zurück.

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Wirkungen und Nebenwirkungen simulieren
Für die Untersuchung der Wirkmechanismen von Arzneien hat Schuster sogenannte „Pharmakophormodelle“ am Computer entwickelt. Diese wendet sie nun auch auf Umweltchemikalien an, indem sie anhand von 3-D-Modellen simuliert, ob, wo und wie Substanzen im Körper andocken und welche Nebenwirkungen sie verursachen können.

„Computerbasierte Vorhersagen über mögliche Gefahren von Chemikalien sind für weitere Austestungen im Labor oder am Menschen außerordentlich wertvoll. Durch die Vorhersagen können wir abschätzen, welche Chemikalien am ehesten eine biologische Wirkung zeigen, und diese in der Testung vorziehen“, erklärt Schuster.

Fokus auf Hormone mit ersten Ergebnissen
In einem aktuellen FWF-Projekt entwickelt Daniela Schuster gemeinsam mit ihrem Team und internationalen Partnern nun eine Screening-Plattform, die auf dem Prinzip des „Pharmakophormodells“ basiert. Die einzelnen nachgebauten Modelle werden mit Datenbanken abgeglichen, die Umweltchemikalien auflisten. Durch dieses Screening lassen sich potenziell toxische „Kandidaten“ identifizieren. Aus den Hitlisten kaufen die Forscherinnen und Forscher anschließend diejenigen Chemikalien, die ein besonders hohes Produktionsvolumen haben und mit denen Menschen direkt in Kontakt kommen, um weitere Tests durchzuführen.

Hohe Erwartungen setzen die Wissenschafterinnen und Wissenschafter in dem neuen Projekt in die Tatsache, dass sie für die Hormonproduktion verantwortliche Enzyme testen, die bisher kaum untersucht wurden. „Wir haben bereits einige sehr interessante Ergebnisse“, berichtet Schuster aus dem laufenden Projekt. „Es zeigte sich etwa, dass Parabene den Östrogenabbau hemmen. Das bedeutet, es könnten östrogenabhängige Tumore in ihrer Entwicklung begünstigt werden“, erklärt Schuster. Parabene sind Konservierungsmittel, die häufig für Kosmetikprodukte, aber auch in Nahrungsmitteln verwendet werden.

„Weiters haben wir Vertreter von Vanillinderivaten entdeckt, die ebenfalls den Östrogenspiegel erhöhen können.“ Solche Geschmacksstoffe sind beispielsweise in Kaugummis enthalten. Auch einige Lebensmittelfarben hätten das Potenzial, den Östrogenspiegel zu beeinflussen, wie die ersten Tests der Pilotstudie laut Schuster zeigen.

Vorhersage-Plattform steigert Sicherheit
Das computerbasierte Frühwarnsystem der Innsbrucker Forscherinnen und Forscher hat den Vorteil, dass gezielter gearbeitet und mehr untersucht werden kann. So lassen sich künftig neben dem Frühwarnsystem für potenziell gefährliche Substanzen, auch diejenigen Verbindungen auflisten, die sich als harmlos erweisen.

„Wir arbeiten nach dem Ausschlussprinzip. Das heißt, wir können die ungefährlichen durchwinken. Das ist der Vorteil der Computermodelle in Kombination mit den Labortests“, betont Schuster. Vor allem ist die Methode ein wichtiges Werkzeug für die Zukunft, das weitere Vorhersagen ermöglicht. Die entwickelte Screening-Plattform und die daraus generierten Fallstudien sollen die Basis für weitere, systematische Studien legen. „Es wäre wünschenswert, dass es seitens der Behörden künftig umfassendere Vorschriften gibt, welche Tests gemacht werden müssen, um Chemikalien als sicher zuzulassen“, beschreibt Schuster ein Ziel ihrer Grundlagenarbeit. Doch vorerst müsse noch die Relevanz der einzelnen Mechanismen auf den menschlichen Körper abgeklärt werden, und die Zahl der Kandidaten ist groß.

Zur Person
Dr. Daniela Schuster arbeitet am Institut für Pharmazie der Universität Innsbruck im Bereich der Pharmazeutischen Chemie. Sie leitet dort die „Computer-Aided Molecular Design Group“. Mithilfe von Computermodellen untersucht Schuster Wirkungen und Nebenwirkungen von Arzneistoffen, Naturstoffen und zuletzt Umweltchemikalien.

Wissenschaftlicher Kontakt:
Dr. Daniela Schuster
Universität Innsbruck
Innrain 80/82
6020 Innsbruck
daniela.schuster@uibk.ac.at
www.uibk.ac.at

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