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Allergien: Ehrlichs Kekse

Zulassung von Arzneimitteln - das ist die Hauptaufgabe des Paul-Ehrlich-Instituts. Doch bei der Behörde im hessischen Langen wird auch geforscht - beispielsweise über Lebensmittelallergien.
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Langen muss man nicht kennen. Das hessische Städtchen, das in einer landschaftlich wenig reizvollen Gegend zwischen Frankfurt und Darmstadt liegt, macht auf den ersten Blick einen etwas verschlafenen Eindruck.

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Eingang Paul-Ehrlich-Institut | Das Paul-Ehrlich-Institut in Langen bewertet als Bundesinstitut für Impfstoffe und biomedizinische Arzneimittel im Auftrag des Bundesgesundheitsministeriums die Sicherheit und Wirksamkeit von Medikamenten. In der "Bundesoberbehörde" wird jedoch auch geforscht.
Der Name Paul Ehrlich (1854-1915) sollte dagegen geläufiger sein. Schließlich gilt der Mediziner, der ein Mittel gegen Syphilis fand, als Begründer der modernen Chemotherapie. Für seine Arbeiten über die Immunität erhielt er 1908 zusammen mit seinem russischen Kollegen Ilja Metschnikow (1845-1916) den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.

Von Berlin über Frankfurt nach Langen

Was hat nun Paul Ehrlich mit Langen zu tun? Die Antwort liegt in der Langener Paul-Ehrlich-Straße. Seit 1990 steht hier, in unmittelbarer Nachbarschaft zur Deutschen Flugsicherung, der pompöse Gebäudekomplex des Paul-Ehrlich-Instituts (PEI) mit über 700 Mitarbeitern. Seine Wurzeln reichen zurück auf das 1896 von seinem Namenspatron in Berlin-Steglitz gegründete "Institut für Serumforschung und Serumprüfung", das sich kurze Zeit später in Frankfurt als "Königliches Institut für experimentelle Therapie" etablierte und seit 1947 seinen jetzigen Namen trägt.

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Paul-Ehrlich-Institut | Im Grundriss soll der riesige Gebäudekomplex des Paul-Ehrlich-Instituts einem Antikörper ähneln.
Heute erfüllt das "Bundesinstitut für Impfstoffe und biomedizinische Arzneimittel", wie sich die dem Bundesgesundheitsministerium unterstellte Behörde im Untertitel nennt, eine nüchterne, aber wichtige Aufgabe: die Zulassung von Medikamenten. Dabei konzentriert sich das PEI vor allem auf biologische Wirkstoffe, während seine Bonner Schwester, das "Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte" (BfArM), die klassischen, chemisch-synthetischen Therapeutika im Visier hat.

Doch im PEI wird nicht nur behördlich observiert. Hier sitzen auch ausgewiesene Forscherseelen wie Stefan Vieths. Der Lebensmittelchemiker, der seit 2002 die Abteilung Allergologie leitet, fand eher zufällig sein Forschungsthema. "Ich wollte irgendetwas mit Antikörpern machen", erinnert sich der 48-Jährige an das Ende seiner Berliner Studienzeit, in der er sich vor allem mit Lebensmittelanalytik beschäftigt hatte. Ein erfahrener Allergologe gab ihm dem Rat, sich als Chemiker auf das Gebiet der Allergologie hervorzuwagen, auf dem sich hauptsächlich Mediziner tummeln. Passenderweise litt die Tochter des Betreuers seiner Habilitation an einer Lebensmittelallergie, so dass der Forscher – der selbst von keiner Allergie geplagt wird – eine zusätzliche motivierende Unterstützung fand.

Der allergische Marsch

Vieths und seine Kollegen widmen sich somit einem Übel, unter dem ein wachsender Teil der Bevölkerung leidet: Schätzungsweise zwei bis drei Prozent der Erwachsenen und vier bis acht Prozent der Kinder vertragen bestimmte Lebensmittel nicht, weil sich ihr Immunsystem gegen vermeintlich bedrohliche, in Wirklichkeit aber vollkommen ungefährliche Stoffe im Essen wehrt. Die Symptome reichen von eher harmlosen Hautrötungen über Schwellungen, Ekzeme, Schnupfen und Atemwegsprobleme bis hin zu Bauchschmerzen, Durchfall und Erbrechen. Lebensbedrohlich kann ein so genannter anaphylaktischer Schock werden, bei dem das gesamte Herz-Kreislauf-System zusammenbricht.

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Besuch im Labor | Stefan Vieths (links) zeigt spektrumdirekt-Redakteur Andreas Jahn sein Labor. Der Lebensmittelchemiker leitet die Abteilung Allergologie am Paul-Ehrlich-Institut in Langen. Die weißen Kittel sind im Sicherheitsbereich des Labors vorgeschrieben.
Das sich erst noch entwickelnde Immunsystem von Säuglingen und Kleinkindern reagiert besonders heftig auf Fremdkörper. Sie durchlaufen einen "allergischen Marsch", wie Vieths das Problem beschreibt: Ihr Körper rebelliert zuerst gegen Kuhmilch, dann häufig gegen Hühnereier und weitere Nahrungsmittelbestandteile wie Nüsse und Soja. Die meisten Kinder wachsen ab dem dritten bis fünften Lebensjahr aus diesen Lebensmittelunverträglichkeiten heraus. Doch bei einigen Jugendlichen schießt sich das Immunsystem auf einen neuen Feind ein: Pollen. Und wer unter Heuschnupfen leidet, kann wiederum mit unverträglichen Speisen zu kämpfen haben, da viele Eiweiße wie etwa in Birkenpollen denen von Nahrungsmitteln wie Äpfeln oder Haselnüssen ähneln.

Warum das Immunsystem, das uns ja vor bedrohlichen Krankheiten schützen soll, bei manchen Menschen zu derartigen Fehlalarmen neigt, bleibt rätselhaft. Sicherlich gibt es eine genetische Veranlagung. "Und hier sind sehr viele Gene beteiligt, deren Funktion wir nur teilweise kennen", weiß Vieths. Hinzu kommen Allergien gegen neue Produkte, die vorher unbekannt waren, wie der Forscher betont: "Eine Kiwi-Allergie gibt es bei uns erst seit den 1980er Jahren; und in Ostdeutschland trat sie erst nach der Wende auf."

Backstube im Labor

Den Betroffenen bleibt nicht anderes übrig, als die entsprechenden Kost zu meiden. Doch das ist leichter gesagt als getan. Zwar müssen europaweit die wichtigsten Allergieauslöser wie Haselnüsse, Erdnüsse, Milch, Eier, Fisch und Soja auf Lebensmittelpackungen gekennzeichnet werden, Überreste einer Zutat können jedoch auch unbeabsichtigt bei der Herstellung in die Ware gelangen. Auf den Packungen stehen dann viel sagende Hinweise wie: "Kann Spuren von Haselnüssen enthalten." Um herauszufinden, wie sich solche Verunreinigungen vermeiden lassen, arbeitet Vieths Team mit einem allseits beliebten Nahrungsmittel: Kekse.

Die Forscher um Vieths Kollegen Thomas Holzhauser haben die industrielle Bäckerei im verkleinerten Maßstab nachgebaut und buken zunächst Haselnusskekse. Nach einem groben Abschaben der Backmaschinen, wie es in der Industrie üblicherweise gehandhabt wird, kamen dann "nussfreie" Plätzchen an die Reihe. Ergebnis: Diese Kekse enthielten noch bis zu 100 Milligramm Haselnussprotein pro Kilogramm – für Allergiker fatal.

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Reinigung von Gebäckformmaschinen | In der Backwarenindustrie werden Gebäckformmaschinen beim Wechsel auf andere Produkte meist nur grob abgeschabt, so dass noch etliche Nahrungsmittelreste an den Formen hängen bleiben (links). Eine simple Reinigung mit heißem Wasser genügt, um diese Reste zu entfernen (rechts). Für Lebensmittelallergiker kann dies entscheidend sein.
Dann testeten die Wissenschaftler verschiedene Reinigungsverfahren, mit denen die Nussspuren beseitigt werden sollten. Eine verblüffend einfache Technik kristallisierte sich heraus. "Es genügt heißes Wasser", erzählt Vieths Doktorand Martin Röder. "Nur hartnäckig festsitzende Nussstückchen bekamen wir damit nicht heraus." Doch insgesamt sank die Verunreinigung auf unter einem Milligramm pro Kilogramm ab [1].

Bei einem Aachener Süßwarenhersteller konnten die Langener Forscher nachweisen, dass ihre Heißwassermethode auch für den großindustriellen Maßstab taugt.
"Keine hochtrabende Wissenschaft, aber wichtig"
(Stefan Vieths)
"Die Arbeiter waren allerdings nicht alle von unseren Vorschlägen begeistert", meint Röder. Dennoch zeige sich, ergänzt sein Doktorvater, dass mit relativ geringem Aufwand eine hohe Wirkung erzielt werden könne. "Das ist sicherlich keine hochtrabende Wissenschaft, aber doch wichtig."

Viren fürs Immunsystem

Nicht minder wichtig erscheint ein weiteres Forschungsprojekt, das PEI-Allergologe Gerald Reese koordiniert: die Impfung gegen Allergien. Heuschnupfengeplagte können "hyposensibilisiert" werden, indem sie sich die allergenen Substanzen unter die Haut injizieren lassen – das Immunsystem "gewöhnt" sich an die fremden Proteine. Bei Lebensmittelallergikern treten jedoch derart heftige Nebenwirkungen auf, dass sich diese Methode verbietet.

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Proteinanalyse | Stefan Vieths Doktorandin Yvonne Kühne fahndet nach Proteinen in Lebensmitteln, auf die bestimmte Patienten allergisch reagieren.
Die Langener Wissenschaftler setzen daher auf ein trojanisches Pferd, das die Allergene in den Körper einzuschmuggeln soll: Pockenviren. In das Erbgut des "Modifizierten Vacciniavirus Ankara", kurz MVA, bauen die Forscher das Gen für ein Allergien auslösendes Protein ein. "Das hört sich gefährlich an", betont Vieths, "aber es handelt sich um ein Impfvirus, das seine krankmachenden Eigenschaften vollständig verloren hat und beim Menschen schon lange routinemäßig eingesetzt wird." Das Virus infiziert zwar Zellen, kann sich aber nicht mehr vermehren.

Die infizierte Zelle liest nun das eingeschleuste Allergen-Gen ab und präsentiert Bruchstücke des fremden Proteins auf der Zelloberfläche. Das Immunsystem erkennt diese, reagiert jedoch längst nicht so heftig wie bei Stoffen, die von außen zugegeben werden. Der Patient ist "geimpft".

Ehrlichs Zellen

Dabei handelt es sich noch um Zukunftsmusik, bewährt hat sich die Allergie-Impfung bislang nur bei Mäusen [2]. Die Langener Allergologen haben ihre Methode zwar schon patentieren lassen, erste Tests beim Menschen wollen sie jedoch der pharmazeutischen Industrie überlassen. "Wir können am Paul-Ehrlich-Institut keine klinischen Prüfungen durchführen lassen, da wir uns diese ja als Zulassungsbehörde selbst genehmigen müssten", erklärt Vieths.

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Auswertung | Stefan Vieths und Yvonne Kühne besprechen die Ergebnisse ihrer Proteinanalyse.
Entstanden ist das Impfprojekt zusammen mit PEI-Kollegen um den Virologen Gerd Sutter. Und gerade solche Kooperationen, bei denen Naturwissenschaftler mit Tier- und Humanmedizinern an einem Strang ziehen, schätzt Vieths an seinem Langener Institut. Die Zusammenarbeit zwischen Naturwissenschaftlern und Medizinern verlaufe zwar in manchen Kliniken nicht immer ganz unproblematisch, am PEI werde sie jedoch sehr erfolgreich praktiziert. "Wir arbeiten hier auf Augenhöhe."

Der Chemiker sieht sich dabei ganz in der Tradition des Namenspatrons seines Arbeitgebers, auch wenn er offen bekennt: "Als ich mich hier bewarb, wusste ich nur wenig über Paul Ehrlich."
"Wir arbeiten auf Augenhöhe"
(Stefan Vieths)
Der berühmte Nobelpreisträger – ein Arzt mit einem Faible für Naturwissenschaften – hatte sich einst zwar nicht mit Allergien beschäftigt, legte aber mit einer Entdeckung die Grundlagen zum Verständnis allergischer Krankheiten: Er bezeichnete Blutzellen, die seiner Meinung nach besonders voll gefressen aussahen, als "Mastzellen".

Heute wissen wir, dass gerade diese weißen Blutkörperchen die vorderste Verteidigungslinie des Körpers bilden und erste Abwehrreaktionen gegen Krankheitserreger einleiten sowie weitere Immunzellen alarmieren. Paul Ehrlichs Mastzellen spielen damit auch eine wesentliche Rolle bei allergischen Reaktionen – die so vielen Menschen ihren gesunden Appetit verderben.
20. Woche 2009

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 20. Woche 2009

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