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Wissen & Umwelt

Grüne Chemiker entwickeln biologisch abbaubare Medikamente

Antibiotika, Hormone, Schmerzmittel - Arzneimittelrückstände sind im Abwasser, in Flüssen, Fischen, sogar in Eisbären nachzuweisen. Aber Chemiker haben einen Plan, wie sie dieser Umweltbelastung ein Ende setzen können.

Die Welt muss sich ändern - und ganz besonders die Welt der chemischen und pharmazeutischen Industrie. Das glauben zumindest Anhänger der Grünen Chemie. Das ist keine Aktionsgruppe von Umweltaktivisten, sondern ein etabliertes Wissenschaftsfeld. Es entwickelte sich vor etwa zwei Jahrzehnten und ist laut Definition "das Entwerfen von chemischen Produkten und Prozessen, die die Entstehung gefährlicher Substanzen verringern oder eliminieren".

"Früher lag der Fokus darauf, Chemikalien zu entwickeln, die etwas ganz Bestimmtes leisten", sagt Paul Anastas, grüner Chemiker an der US-amerikanischen Yale-Universität, im DW-Interview. "Ein Kunststoff beispielsweise wurde so gemacht, dass er besonders flexibel oder aber spröde war. Wissenschaftler dachten dabei nicht darüber nach, ob das Produkt Menschen oder der Umwelt schaden würde."

Grüne Chemiker von heute sehen das anders: Ja, Chemikalien sollen auch weiterhin einen ganz bestimmten Zweck erfüllen - aber sie sollen auch gleich von Anfang an so entwickelt werden, dass sie nicht schädlich sind.

"Ich denke, grüne Chemie kann einen wertvollen Beitrag dazu leisten, die Welt zu retten", sagt James Clark von der University of York in Großbritannien.

Der Fluch der Unsterblichkeit

In den 1990er Jahren glaubten Chemiker, dass Moleküle und Materialien immer möglichst lange halten sollten. Viele Wissenschaftler denken auch heute noch so. Aber das ist die falsche Herangehensweise, meint Anastas: "Eine Chemikalie soll nur so lange existieren, wie sie eine Funktion erfüllt - nicht länger."

Bei Chemikalien ist Unsterblichkeit unerwünscht: Der menschliche Körper scheidet langlebige Wirkstoffmoleküle, die wir über Medikamente aufnehmen, unverändert aus. Sie gelangen in die Umwelt. Dort reichern sie sich im Abwasser, in Flüssen, in Fischen, in Eisbären und schließlich auch wieder in unserem Körper an.

Wasserressourcen sauber halten

Die Konzentration von Medikamenten im Trinkwasser ist nur sehr gering, so dass viele der Substanzen keine direkte Wirkung entfalten. Aber, wie Klaus Kümmerer von der Universität Lüneburg der DW sagt: "Wir wissen nicht, was es bedeutet, diese Stoffe ein Leben lang aufzunehmen." Möglicherweise macht hier nicht die Menge, sondern die Zeitspanne das Gift.

Wenn immerwährend Antibiotika in der Umwelt vorliegen, kann das zudem

Resistenzen

fördern. Bakterien kommen ständig mit den Substanzen in Kontakt und haben Zeit, Abwehrmechanismen zu entwickeln. Wenn diese Medikamente dann bei einem schwerkranken Patienten dringend benötigt werden, wirken sie möglicherweise gar nicht mehr.

Kläranlage Stavenhagen in Mecklenburg-Vorpommern (Foto: picture-alliance/dpa)

Auch die beste Kläranlage entfernt nur etwa die Hälfte aller Medikamentenrückstände

Selbst moderne Kläranlagen können die vielen unterschiedlichen Substanzen nicht aus dem Abwasser herausholen: Sie entfernen normalerweise lediglich 50 Prozent aller eintreffenden Wirkstoffmoleküle. Technisch ausgefeiltere Kläranlagen benutzen zusätzlich Licht oder chemische Radikale, um Substanzen zu entfernen - aber laut Kümmerer verschlimmern sie die Sache dadurch sogar noch. "Bei solchen Prozessen werden sehr viele Folgeprodukte gebildet, von denen manche sogar giftiger sind als die Ausgangssubstanz."

Der Heroinersatz Methadon beispielsweise: Daraus entsteht US-Umweltchemikern zufolge in der Kläranlage die Chemikalie NDMA. Sie schädigt die Leber und andere Organe und ist höchstwahrscheinlich sogar krebserregend.

Kurzlebige Moleküle

Kümmerer arbeitet daran, Medikamente zu entwickeln, die in der Umwelt leicht biologisch abbaubar sind. Wenn jemand diese Tabletten im Klo herunterspült, zersetzen natürliche Bakterien in der Kläranlage oder im Fluss sie zu Kohlendioxid und Wasser.

Das mag futuristisch klingen, aber ist laut James Clark ein bekanntes Prinzip. "Viele Jahre lang glaubte niemand, dass es bioabbaubare Kunststoffe geben könnte", sagt er. "Aber jetzt haben wir welche. Sie machen nur wenige Prozent vom Gesamtmarkt aus - aber es ist ein Anfang."

Auch grüne Reinigungsmittel stehen bereits lange im Supermarktregal. Die Tensidverordnung aus dem Jahr 1977 verbot oberflächenaktive Stoffe, die nicht biologisch abbaubar sind, da sie für Schaum in Kläranlagen und Flüssen sorgten. Daraufhin entwickelten Chemiker Moleküle, die genauso sauber machen, aber die Umwelt nicht belasten.

Nur eine Frage des Designs

Um bioabbaubare Medikamente zu entwickeln, müssen Chemiker das ursprüngliche Wirkstoffmolekül manchmal nur ein wenig verändern. "Wir Chemiker wissen, wie das geht", sagt James Clark. "Es ist vielleicht nicht immer einfach, aber es ist möglich."

Brigitte Osterath im Interview mit Klaus Kümmerer von der Universität Lüneburg (Foto: Eliza Leusmann)

"Bessere Kläranlagen sind keine Lösung": Brigitte Osterath im Gespräch mit Klaus Kümmerer

Die Herausforderung: das Molekül muss auch nach der Veränderung noch als Medikament im menschlichen Körper wirksam sein. "Die Entwicklung wird sicher ein paar Jahre dauern", sagt Kümmerer. "Aber wenn wir jetzt nicht anfangen, dann werden wir es nie schaffen."

Die pharmazeutische Industrie habe seinem Vorhaben zu Beginn sehr skeptisch gegenüber gestanden, sagt Kümmerer. Inzwischen allerdings seien bereits einige Unternehmen auf ihn zugekommen und hätten ihr Interesse bekundet. "Falls die Diskussion über Arzneimittel in der Umwelt weiterhin zunimmt, dann wollen sie was in der Schublade haben. Andere Unternehmen wiederum sehen in den neuen Wirkstoffen eine Marktchance." Denn wenn die neuen Wirkstoffe genauso gut sind und zusätzlich biologisch abbaubar, könnten Verbraucher sie bevorzugen.

Einige Medikamente sind sogar auch für den Patienten besser verträglich, wenn sie biologisch abbaubar sind, sagt Kümmerer: "Sie haben oft weniger Nebenwirkungen."

Im Endeffekt läuft es überall auf dasselbe hinaus, sagt James Clark: "Die perfekte Lösung muss sowohl wirtschaftlich machbar als auch umweltverträglich sein - und natürlich das leisten, was sie leisten soll."

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