Ectoin

Hautschutz aus der Wüste

Ein im Salzsee lebendes Bakterium und der Mensch haben auf den ersten Blick nicht viel gemeinsam. Aber sie haben ein ähnliches Problem: Während das Bakterium durch hohe Salzkonzentration zu vertrocknen droht, sind auch die menschlichen Hautzellen bei Sonne und Wind dieser Gefahr ausgesetzt. Nur: Die Bakterien wissen sich selbst zu helfen. Und das kann der Mensch sich zunutze machen.

In einer Umgebung, in der die Luft flirrt und die Temperatur von mittags 60 Grad Celsius auf abends null Grad Celsius sinkt, die Luftfeuchtigkeit unfreundliche fünf Prozent beträgt und das Salz sich durch alles frisst, lebt es sich als Mensch nicht gut. Auch Tiere überlassen dieses Fleckchen Erde, die Salzseen des Wadi Natrun in der Nähe der ägyptischen Hauptstadt Kairo, sich selbst. Binnen kürzester Zeit wäre jedes ungeschützte Lebewesen, jede Pflanze ausgetrocknet und würde vom salzigen Wüstensand überweht werden. Einzig Bakterien haben es sich hier gemütlich gemacht und leben unter den härtesten Bedingungen, die die Erde zu bieten hat, seit Millionen von Jahren. Ihrem Überlebensgeheimnis sind Forscher in den 1980er-Jahren auf die Spur gekommen und haben es Anfang des neuen Jahrtausends für den Menschen nutzbar gemacht. Ectoin heißt das Produkt, mit dem die Bakterien namens Ectothiorodosphira halochloris ihre Zellen vor dem Austrocknen schützen. Es ist ein sogenanntes „kompatibles Solut“ und wird unter Stressbedingungen produziert. Als solches schützt es in eben einer solchen Stresssituation die Zellen in der Haut vor dem Austrocknen – und kann so Falten und anderen Hautschäden vorbeugen. Auf der Suche nach dem Unbekannten

„Eine Hautzelle hat das gleiche Problem wie das Bakterium in einem Salzsee, nämlich geringe Wasserverfügbarkeit. Eine Zelle, die in einem Ökosystem mit hoher Salzkonzentration lebt, ist gezwungen, die Osmose zu ihren Gunsten zu beeinflussen, denn sonst würde sie vertrocknen. Sie muss das Wasser halten können“, erklärt Volker Müller, Professor für Molekulare Mikrobiologie und Bioenergetik an der Goethe-Universität Frankfurt. Sein Steckenpferd sind eben jene salzliebenden Bakterien, die unter extremsten Bedingungen leben. „Als Organ mit der größten Oberfläche verdunstet auf der Haut andauernd Wasser. Mit Ectoin kann man nun etwas zu den Hautzellen geben, das es ihnen ermöglicht, das Wasser zu halten.“ Und nicht nur die Einzeller des Wadi Natrun produzieren Ectoin, sondern zahlreiche salzliebende Bakterien richten sich mit diesem Solut als Überlebenshilfe in den unwirtlichsten Gegenden ein – in Salinen, Salzmarschen oder Sodaseen. Während ihre Existenz schon über hundert Jahre bekannt war, tappte man ob ihrer Überlebensstrategie lange im Dunkeln. Die Entdeckung des Ectoins sei einzig dem Spürsinn der Forscher zu verdanken, bekräftigt Müller, „ein echter Glücksgriff“. Denn gesucht werden könne immer nur nach Dingen, die man kenne. Ectoin aber habe eine Besonderheit in seiner Struktur, die chemisch sehr schwer nachweisbar sei. Die Substanz zu gewinnen, gestaltete sich zunächst ebenso schwierig wie seine Entdeckung. Anfangs wurden diese Bakterien kultiviert – und dann zerstört. Nun musste man mit großem Reinigungsaufwand die toten Bakterienzellen entfernen. Den Forschern kam ein genialer Einfall: Bakterienmelken.

„Die Milch muss auch aus der Kuh und man tötet sie dafür ja auch nicht“, erklärt Müller. „Es wird hier wie da ein natürliches Prinzip genutzt.“ Wenn es beispielsweise in den Salzmarschen der Nordsee, wo diese Bakterien auch leben, regnet, dann sind die Zellen, die vorher in einem salzhaltigen Umfeld gelebt haben, prall gefüllt mit Ectoin. Normale Zellen würden nun sofort Regenwasser aufnehmen, um ihre eigene Konzentration an Mineralien dem äußeren Zustand anzupassen – und platzen. Die salzliebenden Bakterien aber schützen sich mit einem Trick: „Sie werden das Ectoin ganz schnell los über ihre mechano-sensitiven Ventile, quasi Notfallventile, die auf Membrandruck reagieren.“ Steigt die Salzkonzentration nun wieder an, beginnt die Produktion von neuem Ectoin. Dieses Prinzip nutzen die Forscher, indem sie die Bakterien in den Labors eine gewisse Zeit lang zunächst einer hohen Salzkonzentration aussetzten, um sie anschließend mit einer Waschlösung ohne Salz und Nährstoffe zu spülen – das Ectoin wird freigesetzt und muss nur noch herausgefiltert werden.

Schnelle Reaktion bei Stress

Genutzt wird Ectoin heute vielfältig – in Nasensprays bis Augentropfen, vor allem aber in der Kosmetik. Merck liefert seit dem Jahr 2000 in Form von RonaCare Ectoin das aufbereitete Solut zur Weiterverarbeitung für kosmetische Produkte. Verwendet wird RonaCare Ectoin mittlerweile weltweit in Tagescremes, kombiniert mit UV-Schutzfiltern in Sonnenmilch oder in Anti-Falten-Produkten. „Es geht in der Kosmetik um die Erhaltung des Zustandes der Haut“, erklärt Dr. Hansjürgen Driller, Leiter Marketing Cosmetic Actives von Merck. „Die vorhandenen Schutzmechanismen der Haut zu unterstützen, ist also das Ziel, und das macht Ectoin optimal.“ UV-Bestrahlung beispielsweise führt zu Schäden. Im Biochemie-Kreislauf der Haut gibt es Systeme, die dafür sorgen, dass diese Schäden repariert werden. Nur sind diese Natursysteme unter Stress nicht mehr in der Lage, schnell genug zu reagieren. „Bei Sonnenbestrahlung verschwinden zum Beispiel Langerhans-Zellen, die Abwehrspezialisten der Haut, in die unteren Schichten und stehen als Immunsystem nicht mehr zur Verfügung. Wenn nun Ectoin auf die Haut gebracht wird, dann verschwinden diese Zellen nicht mehr, da sie durch Ectoin geschützt werden.“ Das Ectoin selbst bildet ein besonderes Wassersystem in der Haut. Die Proteine der Haut, die die biologischen Prozesse starten, werden über Wasser und Salzkonzentrationen stabilisiert. Ectoin sorgt dafür, dass die Wasserhülle dieser Proteine länger hält. Dadurch sind solche Proteine zum Beispiel resistenter gegen UV-Strahlung . Ein natürliches Schutzschild wird aufgezogen – Ectoin macht es möglich.