Rettung vor tödlichem Kohlenmonoxid

Das neue Protein bindet Kohlenmonoxid besser als Hämoglobin und macht das Giftgas so unschädlich (Grafik: Chris Bickel/ Science Translational Medicine)

Es ist unsichtbar, geruchlos – und tödlich: An keinem anderen Gift sterben so viele Menschen weltweit wie an Kohlenmonoxid. Das Problem: Ein wirksames Gegenmittel fehlte bislang. Das hat sich nun geändert: US-Forscher haben ein Protein entwickelt, das das tödliche Gas effektiv und schnell bindet und so die Roten Blutkörperchen wieder für Sauerstoff freimacht. Mäuse haben die Forscher damit bereits vor dem sonst sicheren Tod gerettet.

In unserer normalen Atemluft ist Kohlenmonoxid (CO) nur in winzigsten Anteilen enthalten, es macht nur wenige Milliardstel Teile des Luftvolumens aus – glücklicherweise. Denn dieses Gas ist ein hochwirksames Atemgift. Gelangt es über die Lunge ins Blut, bindet es dort an den Blutfarbstoff Hämoglobin. Weil es dabei eine sehr viel höhere Affinität für Hämoglobin hat als Sauerstoff, verdrängt das Kohlenmonoxid das lebenswichtige Atemgas. Als Folge transportiert das Blut keinen oder kaum mehr Sauerstoff in die Organe – wir ersticken innerlich. Besonders groß ist die Gefahr für eine solche CO-Vergiftung bei Bränden mit starker Rauchgasentwicklung, bei schlecht gelüfteten Kaminöfen und bei einigen Industrieprozessen. Das Problem dabei: "Obwohl Kohlenmonoxid die häufigste Vergiftungsursache weltweit ist, haben wir bis heute kein effektives Gegenmittel", erklärt Seniorautor Mark Gladwin von der University of Pittsburgh.

Die bisher einzige Behandlungsmethode besteht darin, den Vergifteten so schnell wie möglich in eine Überdruckkammer zu schaffen und ihn dort mit 100 Prozent Sauerstoff zu beatmen. Das unter Hochdruck verabreichte Überangebot des Atemgases verdrängt dann das Kohlenmonoxid allmählich aus dem Hämoglobin. Allerdings: Um damit nur die Hälfte des CO aus dem Blut zu entfernen, dauert es mehr als eine Stunde – in vielen Fällen ist dies zu lang, um bleibende oder sogar tödliche Folgen der CO-Vergiftung zu verhindern. Gladwin und seine Kollegen haben daher nach einem Mittel gesucht, das das Kohlenmonoxid schneller und effektiver wieder vom Hämoglobin lösen kann. Fündig wurden sie bei einem körpereigenen Verwandten des Hämoglobins, das unter anderem bei Schlaganfällen im Gehirn freigesetzt wird.  "Bei der Erforschung dieses Proteins haben wir im Molekül eine freie Bindestelle für Stickstoffmonoxid und Kohlenmonoxid entdeckt", berichten die Forscher. "Dies und Beobachtungen einer hohen Affinität dieses Neuroglobins für CO sprachen dafür, dass eine Mutante dieses Stoffs sich gut als CO-Sammler eignen würde."

Wirkung in 23 Sekunden

Die Forscher entwickelten daraufhin eine mutierte Form des Neuroglobins, Ngb H64Q getauft, und testeten sie in Kulturen von Roten Blutkörperchen und bei Mäusen auf ihre Wirksamkeit als Gegenmittel für eine CO-Vergiftung. Dabei zeigte sich: "H64Q bindet Kohlenmonoxid rund 500 Mal stärker als Hämoglobin", berichtet Gladwin. Dadurch entfernt es das an Hämoglobin gebundene CO 1.200 Mal schneller als reiner Sauerstoff." Statt weiterhin die Roten Blutkörperchen zu blockieren, bindet sich das Kohlenmonoxid an das Protein und ist damit unschädlich gemacht. Dies bestätigte sich auch in den Mäuseversuchen: Wurden die Tiere einer nichttödlichen Dosis CO-Gas ausgesetzt, dauerte es nur 23 Sekunden, bis die Hälfte des Kohlenmonoxids aus ihrem Blut entfernt war – bei reinem Sauerstoff dauert dies 74 Minuten. Erhielten die Mäuse knapp fünf Minuten lang eine tödliche Dosis CO-Gas und unmittelbar danach eine Injektion von Ngb H64Q, dann überlebten knapp 90 Prozent. Positiv auch: Das Neuroglobin wurde von den Mäusen mit dem Urin ausgeschieden und scheint keine giftigen Nebenwirkungen zu haben, wie die Forscher berichten.

Nach Ansicht von Gladwin und seinen Kollegen könnte dieses Protein ein vielversprechender Kandidat für ein Gegenmittel gegen die tödliche CO-Vergiftung sein. Noch allerdings muss in weiteren Tests geprüft werden, ob Ngb H64Q für den Menschen ungefährlich ist und ähnlich effektiv wirkt. "Doch wenn es einmal zugelassen ist, könnte dieses Gegenmittel bei Notfällen schnell und direkt durch die Rettungskräfte verabreicht werden und das giftige Gas innerhalb von Minuten aus Blut, Organen und Geweben entfernen", sagen die Forscher. Die für viele Vergiftungsopfer tödliche Verzögerung durch den Transport zur nächsten Überdruckkammer würde damit entfallen. Die Wissenschaftler hoffen, schon innerhalb der nächsten Jahre die ersten klinischen Studien des Neuroglobins am Menschen durchführen zu können.

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