Der Wirkstoffforscher

An einem Frühsommertag der späten 2000er Jahre steigt am Nội Bài International Airport in Hanoi ein Mann um die 50 aus dem Flugzeug. Forscherinnen und Forscher von der Vietnam Academy of Science and Technology begrüßen ihn; er überragt die Kollegen um einen Kopf. Der Mann ist Ludger Wessjohann, Chemiker aus Halle an der Saale, und er ist nach Vietnam gekommen, um Pflanzen zu sammeln.

In den folgenden Tagen wird er immer wieder mit Forschern und Funktionären essen gehen, mit Würdenträgern bis hinauf zum Zentralkomittee zusammensitzen. Dann geht die Reise los. In staubigen Geländewagen raus aus der Millionenstadt, nach Norden, in Richtung der chinesischen Grenze. In der Provinz Hà Giang machen die Forschenden Halt, entladen das Gepäck, darunter Dutzende riesige Säcke sowie ein tragbarer Dörrautomat. Am Abend stoßen sie mit Vertretern der örtlichen Behörden mit Reisschnaps an. Tags darauf stapfen Wessjohann und seine Kolleginnen, angeführt von lokalen Bauern, in den Regenwald. In den Tagen vor Ort wird eine Mitarbeiterin ihren Schuh im Schlamm eines Wasserbüffellochs verlieren und die Expedition abbrechen müssen. An der chinesischen Grenze werden sie gezwungen sein, wegen Minengefahr umzukehren.

Auf dem Weg zum Wald beobachten die Forscher, dass die Tiere eine ganze Wiese abgegrast haben – mit Ausnahme einer einzigen Pflanzenart. Und das ist der Moment, für den Ludger Wessjohann und die Chemiker und Biologinnen, die ihn begleiten, all die Strapazen auf sich nehmen: Eine Pflanze, die derart offensichtlich verschmäht wird, muss ein Geheimnis bergen – eines, das den Menschen vor Krankheiten schützen, Nutzpflanzen resistenter gegen Schädlinge machen könnte. Ob die Pflanze ihr Geheimnis preisgibt, hängt von vielen Faktoren ab und stellt sich oft erst nach Jahrzehnten heraus, aber dazu später mehr.

Zurück ins Jahr 2022 in den Besprechungsraum des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie. Ludger Wessjohann sitzt in Hemd und Jeans auf einem bequemen Sofa, zahlreiche Ausrüstungsgegenstände – Kugelschreiber, Notizblock, Covid-Test – in jeder verfügbaren Tasche. Wessjohann leitet am IPB die Abteilung für Natur- und Wirkstoffchemie. Er ist nicht nur für die Recherche potenziell nützlicher Substanzen zuständig, sondern auch für deren anschließende Erforschung. Nichts stört mich mehr, als wenn unsere Arbeit auf das reine Pflanzensammeln reduziert wird. Forschungsreisen machen einen Bruchteil unserer Arbeit aus. Wir verbringen schon allein viel mehr Zeit damit, diese Reisen vorzubereiten.

Zahllose Fragen müssen geklärt werden, bevor es los ins Feld geht: Welche Anträge und welche Genehmigungen verlangt das Zielland, bevor die Forschenden überhaupt einreisen dürfen? Wie viele Pflanzen welcher Art dürfen sie ausführen? Welche lokalen Institute sind bereit, ihr Wissen um einheimische Pflanzen und deren Fundorte zu teilen – und umgekehrt Wissenschaftler und Forscherinnen ans IPB zu entsenden? Lassen sich deutsche Vorschriften und örtliche Auflagen vereinen? Manchmal scheitert eine Expedition schon daran, dass gesammelte Pflanzen nach der Untersuchung vernichtet werden sollen, während deutsches Recht vorschreibt, sie zehn Jahre lang aufzubewahren.

Zumal Wessjohann, wenn er auf Sammelreise geht, nicht hier nach einem Blatt und dort nach einer Blüte Ausschau hält, sondern nach Pflanzenmaterial in rauen Mengen. Wir brauchen möglichst mehrere Kilogramm von jeder Art, um sie chemisch analysieren zu können. Pflanzen bestehen bis zu 98 Prozent aus Wasser, die Restmasse wiederum überwiegend aus – für Wessjohanns Forschungsinteresse – nutzlosen Fasern. Der Anteil an brauchbaren Substanzen, soweit vorhanden, liegt im Promillebereich. Bis wir eine Pflanze komplett durchdrungen haben, kann das schon mal ein paar Jahre dauern, sagt er.

Umso mehr, seit es das Nagoya-Protokoll gibt, ein 2014 in Kraft getretenes internationales Abkommen. Es regelt Zugang zu und Vermarktung von genetischen Ressourcen, zum Beispiel von pflanzlichen Wirkstoffen – auf ähnliche Weise, wie das Urheberrecht die Verwendung geistigen Eigentums regelt. Das Protokoll soll indigene Gemeinschaften vor Biopiraterie schützen. Noch in den 1990er Jahren etwa wurden in den USA Patente auf den Namen Basmatireis oder auf bestimmte Wirkungen der Kurkumawurzel angemeldet, die indischen Bauern den Export unmöglich machten.

Dieser Schutz kommt allerdings nicht direkt denjenigen zugute, die einen Wirkstoff entdeckt haben und möglicherweise seit Jahrhunderten einsetzen – etwa indigenen oder lokalen Gemeinschaften –, sondern dem Staat, in dem sie leben. Zweck des Protokolls ist es eigentlich, die kommerzielle Nutzung genetischer Ressourcen zu regulieren, nicht die Grundlagenforschung. Aber für manche Staaten, sagt Wessjohann, ist das schlicht eine zusätzliche Einnahmequelle. Für uns bedeutet es deutlich mehr Bürokratie. Inwieweit das Nagoya-Protokoll seinen Zweck erfüllt, spielt in der Öffentlichkeit kaum eine Rolle; selbst große NGOs wie Greenpeace und der BUND vertreten keine offizielle Position zum Thema.

Der typische Weg zum Fund einer nicht erforschten Substanz führe ohnehin nicht über den Besuch bei einem Heiler, sagt Ludger Wessjohann, zumindest nicht in seinem Forschungsgebiet. Oft sind deren Stoffe auch weniger wirksam als erhofft. Er halte sich lieber an Beobachtungen ökologischer Zusammenhänge wie jene auf dem Weg in den vietnamesischen Wald. Dass diese letztlich zu keinem Ergebnis geführt hat – es war nicht einmal genügend Material vorhanden, um die Pflanze sinnvoll zu untersuchen –, ist nicht unüblich. Direkt nutzbare Wirkstoffe finden wir in den allerseltensten Fällen, sagt Wessjohann. Uns geht es in erster Linie auch nicht um Patente, sondern um die Erkenntnisse, die wir publizieren.

Was nicht bedeutet, dass am Ende nicht gelegentlich doch ein Patent steht. Ein Beispiel von der Reise nach Vietnam: Als das Thermometer in Hanoi über 45 Grad Celsius stieg, verlegte das Forschungsteam sein Quartier in die nah gelegenen Tam-Dao-Berge. Weil wir nun schon einmal da waren, schauten wir uns die örtlichen Pflanzen an. Ein vietnamesischer Biologe wies Wessjohann auf ein krautiges Gewächs hin. Ich habe ein Stück von einem Blatt abgebissen und gekaut, sagt Wessjohann. Es schmeckte süß. Aber es konnte kein Zucker sein, dafür waren die Blätter viel zu dünn. Die Forscher füllten einen Sack mit Proben (hier kommt übrigens der Dörrautomat ins Spiel: In schwülem Klima müssen Pflanzen rasch getrocknet werden, damit sie nicht schimmeln). Zurück in Halle, prüften sie das Material auf nutzbare Substanzen – und fanden einen Süßstoff. Er wurde zusammen mit den Vietnamesen patentiert und ist dort inzwischen auf dem Markt, sagt Wessjohann.

Ergiebige Funde sind aber nicht nur in entlegenen Weltwinkeln möglich. Im Harz haben wir beobachtet, dass die Fruchtkörper einer bestimmten Pilzart, der Schnecklinge, auch nach winterlichem Frost trotz Gewebeschädigung nicht schimmelten – anders als andere Pilze. Wir haben sie untersucht und den Abwehrstoff isoliert. Dieser Teil der Arbeit – die Untersuchung der Funde, die Auswertung der Ergebnisse – dauert Jahre, manchmal Jahrzehnte.

Der Weg von Stängel, Stiel, Blatt, Knospe, Knolle, Pilz zum – im Erfolgsfall – neuen Arznei-, Lebens- oder Pflanzenschutzmittel führt durch die schmucklosen Räume eines nüchternen, aber verwinkelten Flachbaus an einem Seitenarm der Saale. Denn bevor eine Pflanze den Wirkstoff preisgibt, der ihr womöglich innewohnt, müssen die 50 Forscherinnen und Forscher in Wessjohanns Abteilung sie buchstäblich auseinandernehmen.

Zunächst prüfen die Chemikerinnen, ob das untersuchte Pflanzenmaterial überhaupt eine Substanz enthält, die der Mensch nutzen könnte. Dafür zerlegen sie es zunächst in seine Bestandteile.

Ein enger, abgedunkelter Raum, mittendrin eine Maschine, die einer auf Litfasssäulenformat vergrößerten Gasflasche gleicht: ein Kernspinresonanzspektrometer, zwei Millionen Euro schwer. Vereinfacht gesagt erfasst das Gerät Struktur, Häufung und Wechselwirkungen der Bestandteile von Molekülen. Seine Funktionsweise beruht auf ähnlichen physikalischen Effekten wie ein MRT, das im Krankenhaus Gelenke oder Organe durchleuchtet. Stellen Sie sich vor, sagt Wessjohann, Sie würden zum ersten Mal einen Menschen sehen und hätten keine Ahnung, aus welchen Teilen er besteht. Das Spektrometer liefert ihnen eine Liste: Finger, Zehen, Hände, Füße, Arme, Beine, Organe und hilft Ihnen zu erkennen, dass die Zehen an den Fuß gehören und die Finger an die Hand.

Als nächstes wird die gewünschte Substanz isoliert, also in vielen Durchgängen immer sauberer von sämtlichen anderen Bestandteilen der Pflanze getrennt.

Über einem Laborarbeitstisch hat ein Doktorand einen vielteiligen Apparat aufgebaut, dessen Herzstück aus einem senkrecht aufgestellten Glaszylinder besteht, etwa so lang wie ein Arm und vom Durchmesser eines Schnapsglases, befüllt mit verschiedenen Flüssigkeiten, oben glasklar, unten braungelb und trüb. Aus einer Öffnung am unteren Ende fallen träge Tropfen in ein Reagenzglas. Mit diesem Verfahren, erklärt Wessjohann, werden die verschiedenen Moleküle der Ursprungssubstanz, Teile einer südostasiatischen Mangrove, voneinander getrennt. Angenommen, wir stünden am Ende einer geschäftigen Fußgängerzone und versuchten, auf direktem Weg ans andere Ende zu kommen. Wessjohann weist auf den Doktoranden: Er ist deutlich schlanker und beweglicher als ich, deshalb kommt er früher ans Ziel. Genauso verhalten sich die Moleküle. Regelmäßig wechselt der Doktorand die Reagenzgläser, in denen die Tropfen landen. So sammeln sich die verschiedenen Bestandteile der Pflanze in jeweils verschiedenen Gefäßen – mit dem, das am meisten Wirkstoff enthält, wird weiter gearbeitet.

Am Ende dieses Zusammenspiels menschlicher Laborarbeit mit High-Tech-Analysemaschinen steht – wenn alles läuft wie erhofft – eine mit keinem anderen Stoff gemischte, wirksame Substanz: der Reinstoff.

Diesen Reinstoff versuchen die Forschenden zu synthetisieren, indem sie die Struktur des jeweiligen Moleküls im Labor künstlich nachbauen. Schließlich verändern sie die Substanz durch gezielte Manipulationen auf molekularer Ebene so, dass sie – etwa im Fall einer Anwendung in der Humanmedizin – zielsicher an die gewünschte Stelle im Körper gelangt und möglichst keine Nebenwirkungen auslöst.

Viele Menschen denken, synthetische Wirkstoffe seien Chemie und natürliche Wirkstoffe nicht. Aber diese Trennung existiert nur im Kopf der Menschen, sagt Ludger Wessjohann. Alles ist Chemie. Natürliche Substanzen setzen sich aus denselben Bausteinen zusammen wie synthetische. Wenn sie dieselbe Molekülstruktur aufweisen, gibt es zwischen ihnen keinen Unterschied.

Etwa ein Wirkstoff wie Taxol, ein gängiges Mittel gegen Krebs: Es bewirkt unter anderem den Haarausfall, für den die Chemotherapie berüchtigt ist – geradezu ein Musterbeispiel für die »chemische Keule«: Taxol wurde aber in der Rinde der Eibe entdeckt, lange Zeit war der Baum die einzige Quelle des Wirkstoffs. Um natürliche Substanzen zu gewinnen, braucht es oft riesige Anbauflächen, sagt Wessjohann. Die Rinde einer 100 Jahre alten Eibe etwa liefert gerade genug Taxol, um eine Dosis der Arznei zu gewinnen. Synthetische Wirkstoffe haben dagegen den Vorteil, dass wir sie im Labor herstellen können und sie für die Anwendung an Menschen besser angepasst sind.

Und was passiert, wenn eine Probe alle Prüfungen bestanden hat, wenn sie einen wirksamen Reinstoff geliefert hat? Dann haben wir der Menschheit hoffentlich einen kleinen Dienst erwiesen, sagt Ludger Wessjohann. Die Substanz etwa, mit der die Pilze aus dem Harz sich gegen Schimmelbefall schützen, sei inzwischen patentiert und wirkt unter anderem gegen die Kraut- und Knollenfäule bei Kartoffeln. Sie ist einer der erfolgreichsten Stoffe, die wir am IPB entdeckt haben.

Die eigentlich eindrucksvollen Reisen, wenn man so will, unternimmt also gar nicht Ludger Wessjohann in den Wäldern der Welt. Sondern der in Unmengen an Pflanzensaft und Fasern verborgene Wirkstoff, der den halben Erdball umrundet, um in einem grauen mitteldeutschen Institutsgebäude wieder und wieder durch Glaskolben und Spektroskop zu touren. Und um schließlich als Helferlein der Menschen zurück in die Welt zu reisen.