Computergestützte Datenanalyse

Welche antibiotischen Substanzen gab es schon im Mittelalter?

Berlin - 03.10.2018, 09:00 Uhr

Ein US-Forscherteam hat untersucht, welche antibiotisch wirkenden Substanzen schon im Mittelalter genutzt wurden. ( r / Foto)

Ein US-Forscherteam hat untersucht, welche antibiotisch wirkenden Substanzen schon im Mittelalter genutzt wurden. ( r / Foto)


Ein interdisziplinäres wissenschaftliches Team der University of Pennsylvania und der University of Warwick in Großbritannien analysierten mithilfe computergestützter Methoden „The Lylye of Medicynes“ – ein bekanntes mittelalterliches Medizinmanuskript. Ihre Fragestellung: Inwiefern waren damalige Therapieansätze rational gesteuert? Und wie können sie gegebenenfalls für eine zeitgemäße Behandlung von bakteriellen Infektionen erschlossen werden?

Welche medizinisch-pharmazeutischen Schätze halten alte Medizinbücher zur Anwendung bereit? Diese Frage stellte sich eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern verschiedener Universitäten. Das interdisziplinäre Team aus Mittelalterforschern und Sprachwissenschaftlern, Mikrobiologen, Chemikern, Parasitologen, Pharmazeuten und Computerspezialisten untersuchte verschiedene mittelalterliche Rezepturen auf der Suche nach Wirkstoffen und Wirkstoffkombinationen, die über antibiotische Eigenschaften verfügen. Die Rezepturen entnahmen sie dem medizinhistorisch interessanten „The Lylye of Medicynes“, einem Medizinmanuskript aus dem 15. Jahrhundert. Das Wissenschaftlerteam arbeitete mit computergestützten Methoden, um die großen Datenmengen zu analysieren und zueinander in Verbindung zu setzen.

„The Ancientbiotic Team“ – interdiziplinäre Mittelalterforschung

Geeint in dem Glauben, dass die mittelalterliche Medizin und Pharmazie viele verborgene Schätze beinhalten, die unter Umständen moderne Antibiotika ergänzen könnten, wurde im Jahr 2013 an der University of Nottingham das „Ancientbiotics Team“ gegründet. „Ancientbiotics“ soll für „Antike Antibiotika“ – oder „mittelalterliche Medizin für moderne Infektionen“ – stehen. Das Besondere war von Anfang an die Interdisziplinarität, mit deren Hilfe mittelalterliche Medizinbücher und deren Sprache zugänglich gemacht und analysiert werden konnten. Die Experten der unterschiedlichen Disziplinen wurden unter anderem für die Übersetzung der mittelalterlichen Texte, die computergestützte Datenanalyse, die Suche nach wirksamen Inhaltsstoffen und deren eventuellen Anwendungsmöglichkeiten und Unbedenklichkeit gebraucht.

Chinesische Forschung als Vorbild

Die Hoffnung des Teams ein wirksames Antibiotikum zu finden, welches auch  für eine zeitgemäße Behandlung von bakteriellen Infektionen geeignet wäre, begründen sie durch den Erfolg der chinesischen Medizin-Nobelpreisträgerin aus dem Jahre 2015, Youyou Tu. Die Pharmazeutin und ihr Team analysierten alte chinesische Handschriften auf der Suche nach einem potenten Malariamittel, welches sie schließlich in einem Handbuch aus dem Jahre 340 n.Chr. fanden.  Es handelt sich um den Wirkstoff Artemisinin aus dem Einjährigen Beifuß (Artemisia annua) – inzwischen Standard in der Behandlung der Malaria. 

Pilotstudie weckt Hoffnungen

Das „Ancientbiotics Team“ begann seine Suche nach antimikrobiell wirksamer Mittelaltermedizin mit der Analyse einer Rezeptur gegen Infektionen der Augen aus einer angelsächsischen Handschrift aus dem 10. Jahrhundert – „The Bald’s Leechbook“.  Die Rezeptur mit dem Namen „Bald’s Eyesalve“ enthält die Bestandteile Zwiebeln (Allium cepa), Knoblauch (Allium sativum), Ochsengalle und Wein. Das Team bereitete die Rezeptur nach den Originalangaben, die in diesem Fall mitangegeben waren, zu und untersuchte (in vitro und an Mäusen) sowohl die Originalrezeptur als auch deren Bestandteile einzeln. Das Ergebnis belegte eine Wirksamkeit der Originalrezeptur gegenüber Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus (MRSA). Festgestellt wurde auch ein Synergismus der einzelnen Bestandteile, die in der Kombination wirksamer waren als bei alleiniger Anwendung – und auch wirksamer als in der Aufsummierung der Effekte der Einzelanwendungen. 

Die Forschung konnte allerdings keine Klarheit über die eigentliche Wirksubstanz – bzw. Wirksubstanzen – schaffen. Angenommen wird ein Prozess, der durch die während der Herstellung der Rezeptur stattfindende Mazeration der Bestandteile bedingt ist. Enzyme der Ochsengalle scheinen dabei den Wirkstoff aus den Allium-Arten, Knoblauch und Küchenzwiebeln, zu bilden. Bekannt ist die Wirksamkeit einiger Bestandteile der Allium-Arten wie die Organoschwefelverbindung Ajoene und das unter anderem bakteriostatisch wirksame Allicin, die beide im Knoblauch vorkommen. Als weitere wirksame Bestandteile sind Flavonoide wie Quercetin, die in Allium-Spezies gefunden werden, zu nennen. 

„The Lylye of Medicynes“ – Arzneien aus dem Mittelalter

Die Suche nach wirksamen antibiotischen Substanzen in alten Medizinmanuskripten weitete das „Ancientbiotics Team“ auf Texte aus dem Spätmittelalter aus. „The Lylye of Medicynes“, ein Medizinmanuskript aus dem 15. Jahrhundert, bildet die Grundlage für die neuesten Forschungen des Teams. Es handelt sich um die einzige existierende mittelenglische Übersetzung des von Bernard of Gordon in Latein verfassten Medizinbuches „Lilium Medicinae“ aus dem Jahre 1305. Es wird in der „Bodleian Library“ in Oxford verwahrt. 

Das bei Historikern sehr bekannte Medizinbuch enthält 360 Rezepturen mit über 3000 Zutaten zur Behandlung von 113 unterschiedlichen Krankheitsbildern. Das Forscherteam, inzwischen aus Mitgliedern der University of Pennsylvania und der University of Warwick in Großbritannien bestehend, konzentrierte sich bei ihrer Suche auf externe Infektionen. Diese werden in dem Manuskript mit 30 unterschiedlichen Symptomen wie geöffnete Haut, Rotheit, schwarze Krusten, unschöne Gerüche, Heißgefühl oder Brennen beschrieben. Die Rezepturen sind sämtlich in einem Standardformat verfasst – beginnend mit der Applikationsart (z.B. Salbe, Sirup, Pflaster), über die Krankheitsphase, in der behandelt werden soll, und endend mit der Zutatenliste. Schwierigkeiten ergeben sich durch die häufig fehlenden exakten Dosierungen der einzelnen Wirkstoffe und die Verwendung unterschiedlicher Begriffe für die gleiche Zutat. So fand das Forscherteam zum Beispiel für Fenchel allein sechs verschiedene Bezeichnungen.

Datenanalyse erschließt Mittelaltermedizin

Eine Fragestellung des „Ancientbiotics Teams“ war, ob es möglich ist, potente antibiotische Wirkstoffe in den überlieferten Rezepturen zu finden, deren Wirksamkeit in Studien belegt werden kann? Eine andere Fragestellung war, inwiefern mittelalterliche Medizin rationalen Behandlungsmustern folgte? Um eine Rationalität belegen zu können, analysierten die Wissenschaftler die Texte mit Hilfe von computergestütztem Datamining. Es handelt sich um die Anwendung statistischer Methoden, mit deren Hilfe große Datenbestände hinsichtlich ihrer Verbindungen untereinander untersucht werden können.

Im Fall des „Lylye of Medicynes“ wurden die Inhaltsstoffe der Rezepturen standardisiert, d.h. der Computer hat zum Beispiel „gelernt“, dass die sechs Begriffe für Fenchel letztlich alle nichts anderes als Fenchel bedeuten. Die eingegebenen Zutaten wurden dann hinsichtlich bestehender Netzwerke untersucht und unter Zuhilfenahme von Standard-Algorithmen auf Gemeinsamkeiten analysiert. Ergebnis: Die Mittelalterrezepturen weisen eine deutliche hierarchische Struktur auf. Einzelne Wirkstoffe der Rezepturen wie Honig, Essig und Granatapfelblüten kommen häufig vor und spielen eine dementsprechend wichtige Rolle im Netzwerk. Insgesamt stellten die Wissenschaftler fest, dass die mittelalterlichen Medizintexte zumindest teilweise einem rationalen medizinischen Vorgehen folgten.

Suche nach antibakteriell wirksamen Rezepturen

Auf der Suche nach antibakteriellen Wirkstoffen untersuchte das Forscherteam Rezepturen mit exemplarischen Wirkstoffkombinationen. So wurde ein Mundwasser analysiert, das laut Angaben unter anderem gegen Ulzerationen, Pusteln, Schwellungen und Entzündungen eingesetzt wurde. Als Rezepturbestandteile wurden Sumach, Ochsengalle, Granatapfelrinde, Granatapfelblüte, Harz von Pistacia lentiscus, Harz des Weihrauchstrauches, Honig und Essig angegeben. Wahrscheinlich erscheint den Forschern zudem eine Mischung der Rezeptur mit Nitrit und Muttermilch.

Um die Wirksamkeit einer solchen Rezeptur in einem ersten Schritt einordnen zu können, wurden die einzelnen Bestandteile in Datenbanken wie dem Cochrane Database of Systematic Reviews eingegeben. Heraus kamen sehr unterschiedliche Ergebnisse. Eine gute Evidenz hinsichtlich bioaktiver Wirkstoffe ließ sich für Honig, Essig, Muttermilch und Ochsengalle feststellen. So besteht Honig zwar in erster Linie aus Glucose, Fructose, Saccharose (1 Prozent) und Wasser, aber auch aus Vitaminen, Mineralien, Enzymen, Aminosäuren, Pollen, Hormonen und den antibakteriell wirksamen Inhibinen. Essig wiederum wurde im Mittelalter als Kräuteressig für desinfizierende Einreibungen und zum Schutz gegen die Pest verwendet. Muttermilch ist für ihre antimikrobiellen Eigenschaften bekannt, die auf Bestandteile wie Immunglobuline (IgA) und Enzyme (Lysozym) zurückzuführen sind. Ochsengalle ist bekannt dafür, grampositive Keime hemmen zu können – eine Eigenschaft, die heutzutage allerdings nicht mehr medizinisch genutzt wird.

Weitere Forschung notwendig

Ein vorläufiges Resümee der Forschungsarbeiten des „Ancientbiotics Teams“ ist die Feststellung, dass die Mittelaltermedizin rationalen Vorgaben gefolgt ist – zumindest in Teilen – und dass es einen Schatz bioaktiver Wirkstoffe in den überlieferten Rezeptarien zu geben scheint. Dieser muss allerdings erst gehoben werden. Interdisziplinäre Forschungsarbeiten im Stile des „Ancientbiotics Teams“ könnten dabei hilfreich sein. 

Doch es fehlt noch an Studien, die die Wirksamkeit tatsächlich belegen. Ferner fehlen den heutigen Wissenschaftlern die Kenntnisse über die genauen Zusammensetzungen und Anwendungen der Rezepturen, die in der Vergangenheit augenscheinlich „selbstverständlich“ waren. Eine Erkenntnis ist allerdings, dass Kombinationen unterschiedlicher Wirkstoffe häufig wirksamer als die Einzelbestandteile sind. Erklärt werden kann das eventuell durch sich teilweise ergänzende Wirkungsweisen und durch eine Erhöhung der Redundanz, wodurch ein „Ausfall“ einer Substanz durch eine andere ausglichen werden kann. Weiterführende Forschung ist  allerdings unerlässlich.



Inken Rutz, Apothekerin, Autorin DAZ.online
redaktion@daz.online


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1 Kommentar

es ist beschämend

von norbert brand am 04.10.2018 um 8:06 Uhr

es ist ganz einfach beschämend, daß man mit diesem Projekt das, was man in den vergangenen "evidenzbasierten" Jahrzehnten kaputt gemacht hat, mit modernen Methoden interdisziplinär erneut erforschen will. Wie oft wurden Arzneimittelkombinationen als "umstritten" abqualifiziert. Nun stellt man fest, daß die Kombination offensichtlich wirksamer ist, als ihre Einzelbestandteile? Banal!! Des weiteren sind heute Wirkstoffe obsolet, die damals einen wohl hohen Stellenwert hatten, z.B. Honig (Clostridien, Pyrrolizidinalkaloide), Ochsengalle (BSE), Weihrauch (widersprüchliche Studienlage), Fenchel (Cave Estragol!!), usw. Der Blick in eine Rote Liste der 70er Jahre zeigt noch alles das, was dann in der folgenden Phase der "Aufbereitung", oder besser: Inquisition, auf den Index gesetzt wurde. Drehen wir uns im Kreis? Vielleicht hat dieses Mittelalterprojekt ein Gutes: uns wird vor Augen geführt, daß wir mit der modernen Wissenschaft einen Kahlschlag in unserem ehem. reichen Arzneischatz vollführt haben, daß wir heute ärmer dran sind als im Mittelalter.

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