BCSI Team Otto-Hahn-Schule Hanau P. Adler | S.Burghardt | P.Deppe | J.Dittrich | M. Gompf | M.Heinz| T.Herbert | F.Hotop | M.Krauß T.Laupert | M.Mehr| J.Peschina | S.Pfälzer | Tizia Puhane | C.Schmiedel | J.Schmiedel | M.Stein | I.Veit | Dr. Peter Centner | Stephan Rollmann

BCSI Team Otto-Hahn-Schule Hanau Isolation und chemische Modifikation von Flavonoiden /Phenolcarbonsäuren und ihre Wirkung als Influenza A Neuraminidasehemmer Isolation and chemical modification of flavonoids / phenol carbon acids and their effect as Influenza A neuraminidase inhibitor BCSI Team Otto-Hahn-Schule Hanau P. Adler | S.Burghardt | P.Deppe | J.Dittrich | M. Gompf | M.Heinz| T.Herbert | F.Hotop | M.Krauß T.Laupert | M.Mehr| J.Peschina | S.Pfälzer | Tizia Puhane | C.Schmiedel | J.Schmiedel | M.Stein | I.Veit | Dr. Peter Centner | Stephan Rollmann

Abstract Im Rahmen des MINT-EC BCSI Projektes wird an der Otto-Hahn-Schule Hanau ein S1 Schülerlabor aufgebaut. Innerhalb unserer primären Forschungsziele wollen wir bestimmte Naturstoffgruppen (Flavonoide und Phenolcarbonsäuren) isolieren, gegebenenfalls chemisch modifizieren und ihre Bindungsfähigkeit an die Influenza A Neuraminidase A ermitteln. Ziel ist die Darstellung des IC50 Wertes bei der die Aktivität der Neuraminidase A auf die Hälfte abgenommen hat und somit der Nachweis eines Neuraminidasehemmers. Gleichzeitig versuchen wir ein internationales Netzwerk zu Unternehmen, Instituten und weiteren Schulen aufzubauen, mit denen wir gemeinsam an der Umsetzung dieses Forschungsprojektes arbeiten.

Abstract Warum wir dieses Thema wählten: - Ausgelöst durch das Influenza Virus H1N1 sterben weltweit 40 Millionen Menschen an der „Spanischen Grippe“ 1957 - Ausgelöst durch das Influenza H2N2 Virus tötet die „Asiatische Grippewelle“ weltweit 100.000 Menschen. - Die „Hong Kong Grippe Pandemie“ tötet weltweit 700,000 Menschen durch das Influenza Virus H3N2. - Zwei neue Medikamente (Neuraminidasehemmer) gegen die Influenza A Grippe (TamifluTM und Relenza) werden in Europa zugelassen. 2001 - Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) warnt, dass sich die Infuenza Grippeviren in Zukunft weltweit schneller, umfangreicher und mit höherer genetischer Variabilität verbreiten werden. 2003 - Ausbruch der Vogelgrippe (H5N1) in Hong-Kong, 2 Tote, Hühnergrippe (H7N7) in den Niederlanden, 11 Millionen Hühner werden notgeschlachtet, Vogelgrippefälle in Thailand, Vietnam, Japan und Süd- Korea. Der Einsatz von TamifluTM verhindert hohe Todeszahl bei infizierten Menschen.

Abstract - Forschungsgruppen zeigen, dass das Influenza Virus H5N1 weitaus infektiöser und für Menschen gefährlicher ist als alle bisher bekannten Influenza Vorgänger. - Erstmalig eine Vogelgrippe Infektion auch in Kanada. China, Indonesien, die Philippinen, Vietnam, Tibet, Kazakhstan, Mongolei und Thailand melden Infektionen mit dem Vogelgrippe Erregers H5N1. In fast allen Ländern sterben Menschen. 2005 - Oktober. Das Vogelgrippe-Virus erreicht Europa. Griechenland ist das erste europäische Land in dem die Vogelgrippe (H5N1) nachgewiesen wurde. - Die Vogelgrippe (H5N1) erreicht Deutschland. Die Bereitstellung von Medikamenten für eine mögliche Infektion bei Menschen kann nicht für die gesamte Bevölkerung garantiert werden. 2006 - Erste gegen TamifluTM resistente Stämme des Vogelgrippevirus wurden traten auf. Sollte das Vogelgrippe-Virus auf den Menschen überspringen, können viele Bereiche des öffentlichen Lebens zusammenbrechen. Wie so etwas aussieht haben wir bei der Hurricane Katastrophe in New- Orleans in den Nachrichten miterleben können. Quelle: Nature http://www.nature.com/nature/focus/avianflu/timeline.html

Es ist keine Frage, ob eine solche Katastrophe stattfinden wird.

Es ist nur die Frage, wann es passieren wird und was wir einer solchen epidemiologischen Katastrophe entgegensetzen können.

Die Grundlage von TamifluTM ist die Shikimisäure, ein Naturprodukt, gewonnen aus Illicium verum (Sternanis). Wir, das BCSI-Team, suchen weitere Substanzen aus dieser Stoffklasse und deren Vorläufer.

Abstract Vor allem in den letzten drei Jahrzehnten sind insbesondere mit der rasanten Fortentwicklung der Computertechnologie, der Gentechnologie und der chemischen Analytik völlig neue Methoden in der Arzneimittelforschung eingeführt worden, die den Traum vom gezielten Entwurf neuer Arzneimittel, dem "Rational Drug Design"" zumindest teilweise verwirklichen. Um zu einem neuen Arzneimittel zu kommen, müssen mehrere dieser Methoden angewandt werden. Keine dieser Methoden ist allein dazu geeignet, einen neuen Wirkstoff hervorzubringen. Vielmehr ist die Anwendung einer Methode meist von den Ergebnissen einer anderen abhängig und umgekehrt.

Abstract Der aktuelle Höhepunkt in der Grippeforschung war wohl die Marktein-führung der ersten Neuraminidasehemmer im Jahre 1999. Zum ersten Mal stand damit ein Medikament zur Behandlung der Grippe zur Verfügung, das nicht nur die Symptome der Erkrankung, sondern die Ursache, also den Influenza-Virus selbst, bekämpft, indem es den Lebenszyklus des Virus unterbricht. Die Bedrohung durch das H5N1 Vogelgrippe-Influenzavirus im Jahr 2005/2006  hat die Notwendigkeit der Erforschung und Entwicklung weiterer Wirkstoffgruppen als Neuraminidasehemmer weiter verstärkt.

PROJEKTPHASEN LERN- UND WISSENSPHASE Gemeinsames Erarbeiten des theoretischen Hintergrundwissens. Lesen und Auswerten von englischsprachiger Originalliteratur. Vorbereitung und Durchführung von Referaten. Aufbau eines internationalen Netzwerkes zu Unternehmen, Instituten und weiteren Schulen. Ziel: Weitergabe der Erkenntnisse durch Vorträge und Seminare innerhalb des Netzwerkes 2. ROHEXTRATE GEWINNEN Aus verschiedenen Pflanzen (Wurzel/Rinde/Blatt/Frucht) werden die Rohextrakte isoliert und angereichert. Ausgewählte Planzenproben durch Kooperation mit USA, Südamerika, Afrika. 3. REINIGUNGSVERFAHREN ETABLIEREN Die Rohextrakte werden durch Chromatographie (HPLC) getrennt und gereinigt. Die Flavonoide/Phenolcarbonsäuren-Fraktionen werden kristallisiert. 4. ANALYSEVERFAHREN ETABLIEREN Die gewonnenen Präparate werden durch vergleichende Chromatographie bestimmt und gegebenenfalls weiter gereinigt. 5. INFUENZA A NEURAMINIDASE HEMMWIRKUNG Die Proben werden in einem Erythrozyten Hämaglutin-Test auf ihre Neuraminidase hemmende Wirkung (ID50) hin untersucht. 6. CHEMISCHE MODIFIKATION Proben, deren ID50 eine Wirkung aufweisen, werden näher untersucht, gegebenenfalls durch Einführung von Amino- und/oder Carboxylgruppen modifiziert und erneut in Phase 4 getestet.

EXPERIMENTELLE PHASEN IN DER DURCHFÜHRUNG PHASE 1 – METHODENTRAINING - EXTRAKTION UND REINIGUNG Extraktionsverfahren standardisieren. Reinigungsverfahren standardisieren. Rohextrakte erstellen, Soxhlet-Extraktion, HPLC, DNA-Extraktion PHASE 2 - METHODENTRAINING - ANALYEVERFAHREN DC-Chromatograhie, Analytische HPLC, Gaschromatographie, DNA-Elektrophorese, Restriktion, Hybridisierung, ELISA PHASE 3 - METHODENTRAINING - INFLUENZA A NEURAMINIDASE HEMMUNG Hämagglutinin-Test, Influenza A Neuraminidase Bindungstest zur Ermittlung der ID50 PHASE 4 – METHODENTRAINING - CHEMISCHE MODIFIKATION Spaltung, Schutzgruppen Aktivierung, Einführung von Carboxylguppen. Einführung von Aminogruppen

PHASEN IN DER DURCHFÜHRUNG PHASE 1 - DAS METHODENTRAINING Alle praktischen Arbeiten müssen methodisch standardisiert werden. Bestimmte Teammitglieder übernehmen dabei spezielle Aufgaben und die Verantwortung für ihren jeweiligen Projektbereich. Sie erlernen das notwendige Hintergrundwissen, perfektionieren die experimentellen Prozesse und garantieren dadurch eine gleichbleibende Qualitätsstufe bei allen Experimenten. Sie geben ihr Wissen durch Referate und Vorträge an die anderen Teammitglieder weiter. Die Isolierung der für uns wichtigen Stoffgruppen erfolgt erst nach Abschluss des Methodentrainings.

PHASEN IN DER DURCHFÜHRUNG PHASE 1 – METHODENTRAINING | EXTRAKTION UND REINIGUNG Herstellung der Rohextrakte (Hesperidin aus Orangenschalen)

PHASEN IN DER DURCHFÜHRUNG PHASE 1 – METHODENTRAINING | EXTRAKTION UND REINIGUNG Herstellung der Rohextrakte Soxhlet-Extraktion (Hesperidin aus Orangenschalen)

PHASEN IN DER DURCHFÜHRUNG PHASE 1 – METHODENTRAINING | EXTRAKTION UND REINIGUNG Herstellung von Reinstlösungen durch Destillation

PHASEN IN DER DURCHFÜHRUNG PHASE 2 – ANALYSEN METHODENTRAINING | MOLEKULARBIOLOGIE Aufbringen von DNS-Proben auf Agarose-Gel

PHASEN IN DER DURCHFÜHRUNG PHASE 2 – ANALYSEN METHODENTRAINING | CHROMATOGRAHIE Aufbringen von Proben in der Gaschromatographie

PHASEN IN DER DURCHFÜHRUNG PHASE 2 – ANALYSEN METHODENTRAINING | DC-CHROMATOGRAPHIE Aufbringen von Proben auf DC-Dünnschichtplatten und Durchführung der DC-Chromatographie

PHASEN IN DER DURCHFÜHRUNG PHASE 1 – LERN- UND WISSENSPHASE | VORTRAG Vortrag über Neuraminidase im 14-tägigen Kollogium

Für die Unterstützung unseres Projektes sagen wir danke: Frau Dr. Jansen, MERCK Darmstadt Frau Prof. Stahl-Biskup vom Institut für Pharmazie Abt. Pharmazeutische Biologie und Mikrobiologie der Universität Hamburg. Dr. Michael Baier, Abteilung Prionenforschung am RKI, Berlin Dr. Tomas Langer, Sanofi-Aventis, Frankfurt John W. Moore, Journal of Chemical Education, University of Wisconsin-Madison