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News #Applied Chemistry

Bekämpfung von Viruserkrankungen durch Chemie

Warum Chemikerinnen und Chemiker eine zentrale Rolle spielen

Uwe Rinner leitet den Bachelor-Studiengang Applied Chemistry an der IMC Fachhochschule Krems. Der gebürtige Steirer graduierte an der Technischen Universität Graz und schrieb seine Doktorarbeit an der University of Florida in „Organic Chemistry“. Hier beschreibt er auf verständliche und teilweise humorvolle Weise die Wirkungsweise von Desinfektionsmitteln und warum man die chemische Beschaffenheit von Viren und Bakterien dabei kennen muss und erklärt die wichtige Rolle von Chemikerinnen und Chemiker in Zeiten einer Pandemie.

Studiengangsleiter Uwe Rinner zeigt Chemikalien her

Uwe Rinner erklärt auf leicht verständliche Weise, warum Chemikerinnen und Chemiker bei der Bekämpfung von Viruserkrankungen eine zentrale Rolle spielen.

Hygienemaßnahmen spielen eine zentrale Rolle

Viren und andere Krankheitserreger begleiten die Menschheit seit jeher. Entsprechend unseres Wissenstandes hat die Menschheit Lösungen erarbeitet, die eine Ausbreitung von Krankheiten verhindern und eine schnelle Genesung herbeiführen soll. Gerade im Umgang mit Infektionen und der Eindämmung von ansteckenden Krankheiten spielen Hygienemaßnahmen eine zentrale Rolle - ohne Desinfektionsmittel können Krankheitserreger leicht auf Oberflächen und Gegenständen des täglichen Lebens anhaften und so Krankheiten von Menschen zu Menschen weitergeben. Da stellt sich selbstverständlich sofort die Frage: was ist ein Desinfektionsmittel und wie wird es eingesetzt?

Man muss die chemische Beschaffenheit von Viren und Bakterien kennen

Um die Wirkungsweise von Desinfektionsmitteln zu verstehen muss man die chemische Beschaffenheit von Viren und Bakterien kennen. Hier spielen Proteine, Kohlenhydrate und Lipide eine zentrale Rolle. Bei der dahinterliegenden Vielfalt und Komplexität dieser Stoffe, verbindet sie doch ein wichtiger Punkt. Die Verbindungen sind empfindlich und funktionieren nur unter den Bedingungen gut, wie sie in Lebewesen anzutreffen sind. Verändern sich diese Bedingungen, verlieren diese Moleküle oft ihre Wirksamkeit und Bakterien und Viren werden zerstört. Viele Stoffe und Methoden können dementsprechend zur Desinfektion eingesetzt werden: Alkohol setzt sich auf der Oberfläche von Molekülen fest, verdrängt Wasser und verändert somit die Funktion von Biomolekülen; Bleichmittel zerstören ebenso Biomoleküle wie Hitze, Säure oder Seife. Wichtig dabei ist aber, dass wir nur solche Materialien als Desinfektionsmittel verwenden, die bei Anwendung auf unserer Haut oder empfindlichen Oberflächen keine Schäden hinterlassen. Von Eigenkreationen soll deshalb dringend abgeraten werden.

Die Rolle der Chemikerinnen und Chemiker

Aufgrund des momentanen enormen Bedarfes an Desinfektionsmitteln sind viele Chemikerinnen und Chemiker im Einsatz. Prozesschemiker und -chemikerinnen stellen zum Beispiel Alkohol im großen Maßstab her, der die Haut nicht schädigt und; Naturstoffchemiker und -chemikerinnen isolieren bzw. produzieren angenehme Geruchstoffe und Farbstoffe, damit die Desinfektionsmittel auch angenehm riechen; Polymerchemiker und - chemikerinnen sorgen für die richtige Verpackung. Analytische Chemiker und Chemikerinnen stellen dann noch sicher, dass die Produkte keine gefährlichen Materialien beinhalten.

Die faszinierende Welt der Viren – und wie wir uns gegen sie wehren können

Bereits um 500 vor Christus erkannte der berühmte Militärstratege Sunzi, dass man seine Feinde kennen muss, um sie effektiv bekämpfen zu können. Seine Überlegungen zum Thema Kriegskunst sind in dem Werk „The Art of War“ zusammengefasst und auch in der heutigen Zeit, insbesondere in der gegenwärtigen Pandemie und in unserem Kampf gegen Infektionen mit SARS-CoV-2 aktueller denn je. Chemikerinnen und Chemiker und Biologinnen und Biologen spielen bei der Bekämpfung von Krankheiten eine zentrale Rolle.

Viren besitzen keinen eigenen Stoffwechsel

Ob Viren Lebewesen sind ist bis heute ein strittiger Punkt und hängt von der Definition des Begriffes „Leben“ ab. Klar ist jedoch, dass Viren keinen eigenen Stoffwechsel besitzen und sich nur mit Hilfe eines Wirtes, also einer Zelle, die sie infizieren, vermehren können. Viren sind also kleine Teilchen, die sowohl einen Bauplan für die Herstellung weiterer Viren beinhalten als auch einen oftmals sehr ausgefeilten Angriffsplan, um sich Wirtszellen zu bemächtigen.

Antivirale Wirkstoffe haben sich bereits im Kampf gegen einige Viren bewährt

Im Kampf gegen Viren setzt die Wissenschaft auf verschiedene Strategien. Lebewesen sind oft sehr gut durch das körpereigene Immunsystem geschützt, das Viren effektiv bekämpfen kann. Dazu ist es aber notwendig, wie Sunzi richtig feststellte, dass unser Körper den Virus kennt. Biologinnen und Biologen arbeiten zum Beispiel an Impfungen mit deaktivierten Viren, so kann unser Immunsystem auf eine mögliche Infektion vorbereitet werden. Parallel dazu gibt es die Möglichkeit, Medikamente zu entwickeln, die ein Andocken des Virus an Körperzellen bzw. dessen Vermehrung verhindern können. Solche antiviralen Wirkstoffe sind Moleküle, die viruseigenen Substanzen nachempfunden sind und von Chemikerinnen und Chemikern synthetisch im Labor hergestellt werden. Antivirale Wirkstoffe haben sich bereits im Kampf gegen einige Viren bestens bewährt.

Desinfektionsmittel deaktivieren Viren und Bakterien

Damit es gar nicht erst zu einer Übertragung kommt, werden Desinfektionsmittel eingesetzt. Desinfektionsmittel sind chemische Verbindungen, die Viren oder Bakterien deaktivieren bzw. töten und so eine Verbreitung unterbinden. Desinfektionsmittel verändern die Oberfläche der Moleküle von Viren, diese Moleküle ändern daraufhin die Gestalt und verlieren ihre Wirksamkeit. Wie diese Stoffe wirken, kann man sich auch zu Hause ganz leicht veranschaulichen. Milch enthält viele Proteine. Wenn man ein paar Tropfen Milch in hochprozentigen Alkohol gießt, sieht man sofort eine Veränderung, die Moleküle verändern ihre natürliche Form und „denaturieren“. Viren und Bakterien geht es dabei nicht anders.

Der Einsatz von Desinfektionsmitteln im Kampf gegen Krankheitserreger wurde übrigens auch – im übertragenen Sinne – vom Militärstrategen Sunzi vorhergesagt, der meint: „Die höchste Form der Kriegsführung ist die Zerstörung des Willens seines Feindes, um so allen Angriffen vorzubeugen“, und uns dann noch den Rat für Social Distancing und zur Vermeidung von Kontakt gibt: „Der klügste Krieger ist der, der niemals kämpfen muss“.

Tipp für Hobbyforscherinnen und -forscher

Ein kleiner Tipp für alle Hobbyforscherinnen und Hobbyforscher: Wer zu Hause die Wirkung von Desinfektionsmitteln erforschen möchte, braucht keine teuren Materialien – Eiweiß reicht völlig. Wie schnell Biomoleküle zerstört werden, sieht man deutlich am Stocken des Eiweiß. Geringfügiges Erwärmen oder der Zusatz von Alkohol oder Seifenlösung bewirkt eine deutliche Veränderung der Lösung. Ähnliche Reaktionen kann man übrigens auch bei Milch beobachten. Wichtig bei aller Experimentierfreude bleibt aber: Verwenden Sie nur Desinfektionsmittel aus dem Handel oder Fachgeschäft zum Desinfizieren von Händen und Oberflächen.

„In diesem Sinne: bleiben sie gesund und waschen Sie regelmäßig ihre Hände - am besten mit Seife und Desinfektionsmittel,“ empfiehlt Uwe Rinner.

Über das Studium Applied Chemistry

Das Bachelor-Studium Applied Chemistry an der IMC FH Krems wird in englischer Sprache geführt und ist an die Anforderungen der modernen chemischen Industrie angepasst. Dabei wird beispielsweise sehr stark auf die Chemometrie – also die Anwendung von statistischen Methoden zur optimalen Planung, Entwicklung und Auswahl von chemischen Verfahren und Experimenten – und die damit verbundene computerunterstützte Auswertung großer Datenmengen (Big-Data-Analyse) gesetzt. Beides nimmt bei der Qualitätssicherung und bei der Online-Prozessoptimierung eine Schlüsselposition ein. Das computerunterstützte Modellieren von Molekülen oder die computergestützte Simulation von Experimenten ist auch in der Pharmaindustrie Voraussetzung für effizientes Wirkstoffdesign. Zudem sind in diesem innovativen Studienprogramm eine fundierte chemische Ausbildung und zukunftsträchtige Aspekte, wie der Einsatz nachwachsender Rohstoffe, Recycling und die Verwertung von Abfallstoffen, geschickt vereint. Durch die Verknüpfung chemischer Fachgebiete mit computerbasierten Methoden werden jene Kompetenzen vermittelt, die vonseiten der Industrie zukünftig immer stärker gefordert werden.

Besonders interessant: Es besteht für Studierenden mit ausgezeichnetem Studienerfolg die Möglichkeit, sich für den Erhalt eines sogenannten Leistungsstipendiums des Fachverbandes der chemischen Industrie zu qualifizieren. Die Bewerbungsfrist läuft noch bis 30. Juni 2020.