Es ist ein heimtückisches Atemgift – man kann es weder sehen, schmecken noch riechen. Wer es unbemerkt einatmet, den kann es das Leben kosten: Kohlenmonoxid. Und doch sehen Mediziner weltweit in dem tödlichen Gas einen großen Hoffnungsträger für die Medizin. Denn es wirkt auch blutdrucksenkend und kann die Durchblutung von inneren Organen wie Leber oder Nieren verbessern. Doch wie genau funktioniert dies? Bei der Antwort auf diese Frage sind Wissenschaftler jetzt einen entscheidenden Schritt weitergekommen.
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Die Forscher aus Jena und Philadelphia berichten über ihre Ergebnisse in den Fachzeitschriften „Nature Structural and Molecular Biology“ und „Proceedings of the National Academy of Sciences“.
Kohlenmonoxid entsteht beispielsweise bei Schwelbränden und kommt in Autoabgasen vor. Es bildet sich aber auch im menschlichen Körper beim Abbau des körpereigenen Blutfarbstoffs Hämoglobin und kann dann durchaus positive Wirkungen wie die Weitung von Blutgefäßen haben.
„Diese positiven Effekte sind erst seit kurzer Zeit überhaupt bekannt“, erläutert Professor Dr. Stefan H. Heinemann von der Universität Jena. Der Biophysiker und sein Team haben gemeinsam mit Kollegen der University of Pennsylvania in Philadelphia nun erste Anhaltspunkte dafür gefunden, worauf diese Wirkung beruht.
Kohlenmonoxid bindet an Ionenkanal
„Wir konnten zeigen, dass Kohlenmonoxid direkt an einen so genannten Ionenkanal bindet“, erläutert Heinemann. Ionenkanäle sind Eiweißmoleküle, die verschließbare Poren in Zellmembranen bilden. Auf bestimmte zelluläre Signale hin öffnen sich die Kanäle und lassen bestimmte Ionen passieren. So auch im Falle des Kanals, an den sich Kohlenmonoxid bindet.
„Durch die Bindung öffnet sich der Kanal und lässt Kalium-Ionen aus den Zellen ausfließen“, so Heinemann. In den Zellen von Blutgefäßen, wo diese Ionenkanäle vorkommen, führt der Kaliumausstrom zur Erschlaffung der Gefäßwände. „Hier öffnet sich ein ganz neues Forschungsgebiet“, erklärt Heinemann, der dieses Thema in den kommenden Jahren von Jena aus intensiv bearbeiten will.
Dazu hat sich mittlerweile eine interdisziplinäre Arbeitsgruppe gebildet, an der neben Heinemanns Team auch Chemiker und Biochemiker der Uni Jena und des Instituts für Photonische Technologien (IPHT) sowie Neurologen und Intensivmediziner des Jenaer Uniklinikums beteiligt sind. „Uns interessiert beispielsweise die Frage wie die Konformationsänderung aussieht, die Kohlenmonoxid durch seine Bindung an den Ionenkanal auslöst“, erläutert Heinemann. Auch die Frage, unter welchen Bedingungen Kohlenmonoxid im Körper entsteht, wollen die Forscher beantworten.
Viele Anwendungsmöglichkeiten
Auch wenn dies zunächst reine Grundlagenforschung sein wird, birgt das Wissen um die Wirkungen von Kohlenmonoxid großes Potenzial für die klinische Anwendung. „Wie aus Tierversuchen hervorgeht, nimmt Kohlenmonoxid auch Einfluss auf das Immunsystem“, so Heinemann. So hat sich beispielsweise gezeigt, dass das Gas die Abstoßung von Organtransplantaten verringern kann.
Ob dieser Effekt aber ebenfalls auf der von ihm und seinen amerikanischen Kollegen entdeckten Wechselwirkung von Kohlenmonoxid mit Ionenkanälen zurückzuführen ist, bleibt noch zu klären.
(idw – Universität Jena, 05.05.2008 – DLO)
