Tierschutzforschungspreis des BMELV für Forschergruppe des Paul-Ehrlich-Instituts

Dr. Heike Behrensdorf-Nicol und Ursula Bonifas unter Leitung von Dr. Karin Weißer und Dr. Beate Krämer ist es gelungen, eine In-vitro-Methode zur Bestimmung der Tetanustoxizität zu entwickeln. Mit ihrer Methode wollen die Wissenschaftlerinnen die gesetzlich vorgeschriebenen Tierversuche zur Sicherheitsprüfung von Tetanusimpfstoffen für Menschen und Tiere ersetzen.

„Ich freue mich, dass mit dem Preis erneut Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts für ihre erfolgreichen wissenschaftlichen Arbeiten ausgezeichnet werden, Tierversuche zu reduzieren oder zu ersetzen“, betont Prof. Klaus Cichutek, Präsident des Paul-Ehrlich-Instituts.

Impfstoffe für Mensch und Tier müssen wirksam und sicher sein. Im Europäischen Arzneibuch ist festgeschrieben, auf welche Weise Impfstoffe zu prüfen sind. Nach wie vor basieren viele Prüfungen auf Tierversuchen – so auch die Toxizitätsprüfung (Sicherheitsprüfung) von Tetanusimpfstoffen. Diese Impfstoffe werden aus dem Toxin des Bakteriums Clostridium tetani durch chemische Inaktivierung hergestellt. Das dabei entstehende „Toxoid“ ist ungefährlich, kann jedoch die gewünschte Immunität hervorrufen. Mit der bisherigen Toxizitätsprüfung wird in Meerschweinchen getestet, ob auch tatsächlich kein Tetanus-Neurotoxin mehr vorhanden ist.

Das Tetanusneurotoxin vermittelt seine tödliche Wirkung, in dem es zunächst über Wunden in Nervenendigungen gelangt und über diese in hemmende – inhibitorische – Neurone des zentralen Nervensystems (ZNS) einwandert. Hier spaltet es auf der Oberfläche von synaptischen Vesikeln enzymatisch ein Protein, das sogenannte Synaptobrevin, und stört so die Ausschüttung der Signalstoffe aus den hemmenden Neuronen. Werden diese inhibitorischen Neuronen blockiert, kommt es zu den typischen unkontrollierten Krämpfen der quergestreiften Muskulatur, die das Krankheitsbild des Wundstarrkrampfs ausmachen. „“Der Wirkmechanismus brachte mich auf die Idee, diese enzymatische Aktivität des Tetanustoxins zum Nachweis von Resttoxin in vitro zu nutzen““, beschreibt Weißer die Anfänge des Forschungsprojekts. Doch alleine über die Spaltaktivität des Toxins ließ sich kein zuverlässiger Test entwickeln, „“zu groß war das Hintergrundrauschen des Assays bei verschiedenen Impfstoffproben““, erinnert sich die Wissenschaftlerin. „“Wenn eine Aktivität alleine nicht selektiv genug ist, könnten wir dann nicht einen kombinierten Assay entwickeln, in dem neben der enzymatischen Aktivität gleichzeitig die Bindungsfähigkeit des Toxins an Neurone erfasst wird?““, beschreibt Behrensdorf-Nicol die Idee, die schließlich zur Entwicklung des Testsystems führte, für den die Forscherinnen jetzt ausgezeichnet wurden.

Die Besonderheit des Testsystems besteht darin, dass die Toxinmoleküle nur dann ein Signal erzeugen, wenn sie sowohl eine funktionsfähige Bindungsdomäne als auch eine proteinspaltende Aktivität besitzen. Die Wissenschaftlerinnen konnten nachweisen, dass es mit ihrem kombinierten Testsystem möglich ist, zwischen giftigem Tetanus-Neurotoxin und ungiftigem Toxoid zu unterscheiden. „“Aktuell arbeiten wir an der Optimierung der Methode. Danach werden wir gegen den Tierversuch antreten, denn um den vorgeschriebenen Tierversuch zu ersetzen, muss die Methode sehr zuverlässig sein und eine Nachweisgrenze aufweisen, die mindestens so gut ist wie die des Tierversuchs““, erläutert Behrensdorf-Nicol das weitere Vorgehen.

Das Forschungsprojekt erhielt eine sechsjährige Förderung durch das BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung) und wird aktuell durch zwei Stiftungen (Doerenkamp-Zbinden-Stiftung und Animalfree Research) gefördert.

Das Paul-Ehrlich Institut (PEI), Bundesinstitut für Impfstoffe und biomedizinische Arzneimittel, erforscht, bewertet und lässt biomedizinische Human-Arzneimittel und immunbiologische Veterinär-Arzneimittel zu. Unverzichtbare Basis hierfür ist die eigene experimentelle Forschung auf dem Gebiet der Biomedizin und der Lebenswissenschaften. Schon seit Jahren arbeiten Forscher unter wesentlicher Beteiligung der Abteilung Veterinärmedizin im PEI an Methoden, mit denen sich Tierversuche ersetzen lassen. Der Tierschutzforschungspreis 2010 ist bereits die neunte Auszeichnung, die Wissenschaftler des Paul-Ehrlich-Instituts für ihre Forschungsarbeiten im Bereich „Alternativen zu Tierversuchen“ erhalten haben.

Informationen zum Preis
Der mit 15.000 Euro dotierte Forschungspreis zur Förderung methodischer Arbeiten mit dem Ziel der Einschränkung und des Ersatzes von Tierversuchen wird vom Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz verliehen. Das Ministerium möchte damit dazu anregen, nach Möglichkeiten zur Einschränkung oder zum Ersatz bisher erforderlicher Tierversuche zu suchen. Der Preis wird für wissenschaftliche Arbeiten ausgeschrieben, die einen Beitrag insbesondere zur Weiterentwicklung pharmakologisch- toxikologischer Untersuchungsverfahren leisten.
Weitere Informationen
Titel des prämierten Forschungsprojekts: „Entwicklung einer In-vitro-Methode zur Bestimmung von Resttoxizität in Tetanusimpfstoffen“

Publikationen der Arbeitsgruppe zu dem Thema:

Behrensdorf-Nicol HA. Bonifas U, Kegel B, Silberbach K, Krämer B, Weißer K, In vitro determination of tetanus toxicity by an endopeptidase assay linked to a ganglioside-binding step. Toxicology in Vitro. 2010; 24:988-994

Behrensdorf-Nicol HA, Kegel B, Bonifas U, Silberbach K, Klimek L, Weißer K, Krämer B, Residual enzymatic activity of the tetanus toxin light chain present in tetanus toxoid batches used for vaccine production. Vaccine. 2008; 26:3835-3841

Kegel B, Behrensdorf-Nicol HA, Bonifas U, Silberbach K, Klimek J, Krämer B, Weißer K, An in vitro assay for detection of tetanus neurotoxin activity: using antibodies for recognizing the proteolytically generated cleavage product. Toxicology in vitro. 2007; 21:1641-1649