Boothbys Befund zu Bärtierchen-Glas zeigte, dass getrocknete Enzyme ohne Kühlkette überleben können

Impfstoffe und viele Arzneimittel sind empfindliche Proteine, die beim Trocknen zerfallen, weshalb sie von der Fabrik bis zur Klinik gekühlt transportiert und gelagert werden. Diese Kühlung ist der mit Abstand größte Posten in der Rechnung: Rund 80 Prozent der Kosten von Impfprogrammen in Entwicklungsländern entfallen laut Boothby und Kollegen darauf, Impfstoffe kühl zu halten. Die naheliegende Lösung sind mehr und bessere Kühlketten – Kühlschränke, Boxen, Strom – also Infrastruktur, die für immer betrieben werden muss.

Bärtierchen, die mikroskopisch kleinen Wasserbären, überleben den Verlust fast des gesamten Wassers in ihren Zellen. Im September 2015 berichteten Forscher der University of Chicago, dass sich die Tiere beim Austrocknen mit glasartigen Molekülen umhüllen. Thomas Boothby von der University of North Carolina fand dann den Mechanismus: bärtierchenspezifische Gene für intrinsisch ungeordnete Proteine (IDPs), die im hydratisierten Zustand formlos sind, sich beim Trocknen vermehren und sich zu festem biologischem Glas umlagern, das essentielle Proteine und Moleküle umschließt. Gibt man Wasser hinzu, schmilzt das Glas wieder zu flexiblen Proteinen.

Boothby zeigte, dass der Mechanismus speziell auf das Trocknen ausgerichtet ist und nicht auf allgemeine Widerstandsfähigkeit: Bärtierchen, die gentechnisch so verändert wurden, dass sie weniger IDP bilden, verloren die Trockenheitstoleranz, behielten aber die Kälteresistenz. Der Trick lässt sich übertragen: In menschlichen HeLa-Zellen wanderten die IDPs beim Austrocknen der Zellen zu bestimmten Organellen und bildeten in vitro Glas; Hefe und Bakterien, die gentechnisch so verändert wurden, dass sie die Proteine bilden, überlebten extremes Trocknen besser als normale. Laktatdehydrogenase erlangte ihre volle Aktivität zurück, wenn sie vor dem Trocknen mit Glasproteinen vermischt wurde; eine Zugabe danach bewirkte nichts, was belegt, dass sich das Glas um die Moleküle bilden muss, während das Wasser entweicht.

Dieselbe Hülle könnte getrocknete Enzyme und schließlich Impfstoffe stabilisieren, sodass sie ohne Kühlkette reisen und im Regal stehen können, und die Proteine weisen auch auf dürreresistente Nutzpflanzen hin. Der Mechanismus ist noch kein Produkt – nach den Berichten vom Dezember 2015 waren die Belege Zellen und Enzyme, kein warm versandter Impfstoff –, aber er ordnet das Problem neu: Statt die Fracht durch Infrastruktur zu schützen, soll sich die Fracht selbst schützen.

Die Fracht nicht kühlen; den Bärtierchen-Trick borgen und getrocknete Biomoleküle selbstschützend machen

Es greift den dominierenden Kostenfaktor an: Wenn die Kühlung etwa 80 Prozent der Kosten von Impfprogrammen in Entwicklungsländern ausmacht, beseitigt ein Biologikum, das Trocknen toleriert, den größten Ausgabenposten

Das Glas ist reversibel und gezielt: Es schmilzt beim Rehydrieren, und es muss sich um die Moleküle bilden, während das Wasser entweicht, sodass der Schutz in den Trocknungsprozess eingebaut ist und nicht nachträglich hinzugefügt wird

Der Mechanismus erwies sich als übertragbar: Knockdowns zeigten, dass die Gene spezifisch für Austrocknung sind, und ihre Expression in Hefe, Bakterien und HeLa-Zellen reproduzierte den Effekt außerhalb des Bärtierchens

Die Arbeit wurde auf der Tagung der American Society for Cell Biology vorgestellt und im Dezember 2015 von unabhängiger Wissenschaftspresse berichtet, was dem Befund eine überprüfbare öffentliche Dokumentation gibt

Wenn es teuer ist, etwas am Leben zu halten, ändere die Toleranz des Produkts statt die Umgebung: Finde einen Organismus, der die widrigen Bedingungen überlebt, und übertrage seinen Mechanismus.

Nach den Berichten vom Dezember 2015 war die Arbeit gerade auf der Jahrestagung der American Society for Cell Biology vorgestellt worden; die demonstrierten Ergebnisse betrafen Hefe, Bakterien, menschliche Zellen und einen Enzymtest, wobei trockenstabile Impfstoffe und dürreresistente Nutzpflanzen als beabsichtigte Anwendungen und nicht als fertige Ergebnisse genannt wurden. Sowohl ScienceAlert als auch Science News brachten die Geschichte in jenem Monat, und der ScienceAlert-Artikel erreichte am Weihnachtstag 2015 auf Hacker News 194 Punkte und 37 Kommentare. Ob der Ansatz mit Glasproteinen einen echten Impfstoff oder eine echte Nutzpflanze erreichen würde, war zum Zeitpunkt der Berichterstattung offen.