Blutbildende Hormone
Jede Sekunde bildet dein Knochenmark Millionen neuer roter Blutkörperchen. Gesteuert wird das von einem Hormon aus der Niere: Erythropoetin, kurz EPO. Seit es gentechnisch hergestellt werden kann, hilft es Menschen mit Nierenkrankheiten – und wurde zum berüchtigtsten Dopingmittel im Ausdauersport.
Einfach erklärt
Rote Blutkörperchen transportieren Sauerstoff. Sie leben nur etwa 120 Tage. Das Knochenmark bildet deshalb ständig neue. EPO steuert, wie viele es sind. Das ist ein Hormon, also ein Botenstoff aus der Niere. Bei Sauerstoffmangel bildet die Niere mehr EPO. Dann entstehen mehr rote Blutkörperchen. Ist genug Sauerstoff da, sinkt die EPO-Menge wieder.
Heute stellt die Gentechnik EPO als Medikament her. Dafür nutzt man Zellen vom Hamster, keine Bakterien. Der Grund: EPO braucht Zuckerketten. Bakterien können diese Ketten nicht anhängen. Menschen mit kranken Nieren bilden oft zu wenig EPO. Ihnen hilft das Medikament gegen Blutarmut. Das heißt: Sie haben zu wenige rote Blutkörperchen.
Im Sport ist EPO als Doping verboten. Doping heißt: verbotene Mittel für mehr Leistung im Sport. Mehr rote Blutkörperchen bringen mehr Sauerstoff in die Muskeln. Das Blut wird aber dickflüssiger. Das kann Gefäße verstopfen. Ein Urintest erkennt gentechnisches EPO.
Merke: EPO aus der Niere regt die Bildung von roten Blutkörperchen an.
Das lernst du hier
- Du kannst die Wirkung von EPO im Körper als Regelkreis beschreiben.
- Du erklärst, warum EPO in Säugetierzellen und nicht in Bakterien hergestellt wird.
- Du nennst Einsatzgebiete von EPO und anderen blutbildenden Hormonen.
- Du erläuterst, warum EPO-Doping die Leistung steigert, gefährlich ist und wie es nachgewiesen wird.
Wie EPO die Blutbildung steuert
Rote Blutkörperchen (Erythrozyten) transportieren Sauerstoff. Sie leben nur etwa 120 Tage und müssen ständig ersetzt werden. Sie entstehen im Knochenmark aus Blutstammzellen. Wie viele neu gebildet werden, regelt das Hormon Erythropoetin (EPO). Es ist ein Glykoprotein, also ein Protein mit angehängten Zuckerketten, und wird zum größten Teil in der Niere gebildet, zu einem kleinen Teil in der Leber.
Die Niere „misst“ ständig, wie gut das Gewebe mit Sauerstoff versorgt ist. Bei Sauerstoffmangel – etwa nach einem Blutverlust oder in großer Höhe – schüttet sie mehr EPO aus. EPO regt im Knochenmark die Vorläuferzellen an, sich zu roten Blutkörperchen zu entwickeln. Steigt dadurch der Sauerstoffgehalt, sinkt die EPO-Bildung wieder. Ein solcher Regelkreis heißt negative Rückkopplung (Abb. 1). Wie aus Stammzellen im Knochenmark rote Blutkörperchen heranreifen, erklärt die Seite Blutbildung (Erythropoese).
Wusstest du?
Wie Zellen Sauerstoffmangel bemerken und darauf unter anderem mit mehr EPO reagieren, erforschten William Kaelin, Peter Ratcliffe und Gregg Semenza. Dafür erhielten sie 2019 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin. Das Prinzip nutzt auch das Höhentraining: In dünner Luft bildet der Körper mehr EPO.
EPO aus der Zellkultur
Im Körper ist nur sehr wenig EPO vorhanden. Aus Blut oder Urin ließ es sich nicht in ausreichender Menge gewinnen. Den Durchbruch brachte die Gentechnik: Ein Team um Fu-Kuen Lin beim US-Unternehmen Amgen isolierte das menschliche EPO-Gen und veröffentlichte das 1985. Im Juni 1989 wurde in den USA das erste gentechnisch hergestellte EPO-Medikament zugelassen.
Anders als Insulin wird EPO nicht in Bakterien hergestellt, sondern in Zellkulturen aus Hamster-Eierstockzellen (CHO-Zellen). Der Grund sind die Zuckerketten: Ein großer Teil der Masse von EPO besteht aus Zuckern, und ohne sie wird das Hormon im Körper sehr schnell abgebaut. Bakterien können solche Zuckerketten nicht anhängen, Säugetierzellen schon. Die Zellen wachsen in großen Bioreaktoren, das EPO wird aus der Nährlösung gereinigt.
- Gen einbauenDas menschliche EPO-Gen wird in einen Vektor eingebaut und in CHO-Zellen gebracht.
- Zellen auswählenZelllinien, die viel und korrekt aufgebautes EPO bilden, werden ausgewählt und vermehrt.
- ProduzierenIn Bioreaktoren geben die Zellen EPO in die Nährlösung ab.
- Reinigen und prüfenDas EPO wird aufwendig gereinigt und auf Reinheit, Zuckermuster und Wirksamkeit geprüft.
Merke
EPO ist ein Hormon der Niere, das im Knochenmark die Bildung roter Blutkörperchen anregt. Gentechnisch hergestelltes EPO stammt aus Säugetierzellen (CHO-Zellen), weil nur sie die nötigen Zuckerketten anhängen. Es hilft bei Blutarmut – und ist im Sport als Dopingmittel verboten.
Einsatz in der Medizin
Bei einer chronischen Nierenerkrankung bildet die Niere oft zu wenig EPO. Die Folge ist eine Blutarmut (renale Anämie): Betroffene sind ständig müde, wenig belastbar und brauchten früher regelmäßig Bluttransfusionen. Gentechnisch hergestelltes EPO kann diese Blutarmut ausgleichen. Es wird auch bei bestimmten Formen der Blutarmut nach einer Chemotherapie eingesetzt. Ziel ist dabei kein möglichst hoher Wert: Zu viele rote Blutkörperchen machen das Blut dickflüssiger und erhöhen das Risiko für Thrombosen, Herzinfarkt und Schlaganfall.
Inzwischen gibt es Varianten mit verändertem Zuckermuster, die länger wirken und seltener gespritzt werden müssen. Seit 2007 sind in der EU außerdem Nachahmerpräparate (Biosimilars) zugelassen.
Weitere blutbildende Wirkstoffe: Der Wachstumsfaktor G-CSF regt die Bildung bestimmter weißer Blutkörperchen an. Er wird zum Beispiel nach einer Chemotherapie gegeben, die das Knochenmark schädigt, damit sich die Infektabwehr schneller erholt. Auch er wird gentechnisch hergestellt. Mehr Beispiele findest du unter Rote Gentechnik.
EPO im Sport: Doping und Nachweis
Mehr rote Blutkörperchen bedeuten mehr Sauerstoff für die Muskeln – ein großer Vorteil in Ausdauersportarten wie Radsport, Langlauf oder Marathon. EPO wurde deshalb ab den 1990er-Jahren massenhaft missbraucht. 1998 deckte die Polizei bei der Tour de France den „Festina-Skandal“ auf, bei dem ein ganzes Team systematisch mit EPO gedopt hatte. Doping mit EPO ist verboten und gefährlich: Das dickflüssigere Blut kann Gefäße verstopfen.
Lange galt EPO als nicht nachweisbar, weil der Körper es ja selbst bildet. Zu den Olympischen Spielen 2000 in Sydney wurde erstmals ein Urintest eingesetzt. Er nutzt einen feinen Unterschied: Das Zuckermuster von gentechnisch hergestelltem EPO weicht etwas vom körpereigenen ab, dadurch tragen die Moleküle eine leicht andere elektrische Ladung und lassen sich trennen. Seit 2008 wird im Radsport zusätzlich der biologische Athletenpass eingesetzt: Blutwerte werden über Jahre verfolgt, auffällige Veränderungen deuten auf Doping hin – auch wenn das Mittel selbst nicht mehr nachweisbar ist. Wie Urintest und Athletenpass im Detail funktionieren und welche Fälle es gab, zeigt die Seite EPO-Doping: Wirkung, Risiken, Nachweis.
Typische Fehler
- „EPO bildet Blut.“ Ungenau – EPO ist ein Signal. Die roten Blutkörperchen bildet das Knochenmark.
- „Gentechnisches EPO wird von Bakterien hergestellt.“ Falsch – EPO braucht Zuckerketten und wird deshalb in Säugetierzellen produziert.
- „Mehr rote Blutkörperchen sind immer gesünder.“ Nein – zu viele machen das Blut zähflüssig und erhöhen das Risiko für Blutgerinnsel.
Vertiefung: Wie Zellen Sauerstoffmangel messen – der HIF-Schalter
In den Zellen der Niere sitzt ein Sauerstoffsensor, der über einen Transkriptionsfaktor arbeitet: HIF (hypoxia-inducible factor, „durch Sauerstoffmangel auslösbarer Faktor“). Ein Teil davon, HIF-α, wird ständig neu gebildet.
- Bei genug Sauerstoff hängen Enzyme (Prolyl-Hydroxylasen) mithilfe von Sauerstoff kleine Hydroxylgruppen an HIF-α. Daran erkennt das Protein VHL das HIF-α und markiert es für den Abbau. Das EPO-Gen bleibt weitgehend ausgeschaltet.
- Bei Sauerstoffmangel fehlt den Enzymen der Sauerstoff. HIF-α wird nicht markiert, sammelt sich an, wandert in den Zellkern und bindet zusammen mit einem Partnerprotein an Steuerabschnitte vor dem EPO-Gen. Das Gen wird abgelesen, die Zelle bildet EPO.
Dieses Prinzip ist eine elegante Kopplung von Stoffwechsel und Genregulation: Ein Molekül (Sauerstoff) entscheidet über die Stabilität eines Transkriptionsfaktors – und damit darüber, ob ein Gen aktiv ist. HIF steuert neben EPO viele weitere Gene, etwa für die Bildung neuer Blutgefäße.
Medizinische Folgen: Auf dieser Grundlage wurden Tabletten entwickelt, die die Prolyl-Hydroxylasen hemmen. HIF wird dann auch bei normalem Sauerstoff stabil, und der Körper bildet mehr eigenes EPO. Solche Wirkstoffe werden bei renaler Anämie eingesetzt. Gleichzeitig stehen sie auf der Dopingliste. Auch Krebszellen nutzen das HIF-System: Viele Tumoren sind schlecht durchblutet und schalten über HIF Gene für Gefäßwachstum ein.
Warum Dopingkontrollen schwierig bleiben: Gespritztes EPO ist schon nach wenigen Tagen kaum noch im Urin nachweisbar. Die zusätzlich gebildeten roten Blutkörperchen leben aber rund 120 Tage – die Wirkung hält also viel länger an als die Nachweisbarkeit. Wer sehr kleine Mengen spritzt („Mikrodosierung“), bleibt oft unter der Nachweisgrenze. Deshalb setzen Kontrolleure auf unangekündigte Tests und auf den Athletenpass, der verdächtige Muster in den Blutwerten über lange Zeit erkennt.
Vertiefen: zwei Kapitel zu EPO
Fachbegriffe
- Erythropoetin (EPO)
- Hormon vor allem aus der Niere, das die Bildung roter Blutkörperchen anregt.
- Erythrozyten
- Rote Blutkörperchen; transportieren Sauerstoff mit dem Blutfarbstoff Hämoglobin.
- Glykoprotein
- Protein mit angehängten Zuckerketten.
- Negative Rückkopplung
- Regelkreis, in dem das Ergebnis seine eigene Ursache abschwächt.
- CHO-Zellen
- Zelllinie aus Eierstöcken des Chinesischen Hamsters; Standard für die Produktion glykosylierter Wirkstoffe.
- Renale Anämie
- Blutarmut durch zu geringe EPO-Bildung bei Nierenerkrankung.
- Biologischer Athletenpass
- Langzeitprofil von Blutwerten zur indirekten Erkennung von Doping.
Aufgaben
- AFB IBeschreibe den EPO-Regelkreis anhand von Abb. 1.
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Die Niere misst die Sauerstoffversorgung. Bei Mangel gibt sie mehr EPO ins Blut ab. EPO regt im Knochenmark die Bildung roter Blutkörperchen an. Mehr Erythrozyten transportieren mehr Sauerstoff; die gute Versorgung bremst die EPO-Bildung (negative Rückkopplung). - AFB IIErkläre, warum Menschen mit chronischer Nierenerkrankung häufig an Blutarmut leiden.
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Die geschädigte Niere bildet zu wenig EPO. Ohne das Signal bildet das Knochenmark zu wenige rote Blutkörperchen, obwohl Sauerstoffmangel besteht. Es entsteht eine renale Anämie. - AFB IIBegründe, warum Insulin in Bakterien, EPO aber in Hamsterzellen hergestellt wird.
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Insulin ist ein kleines Protein ohne Zuckerketten; Bakterien können es (oder seine Vorstufen) herstellen. EPO ist ein Glykoprotein, dessen Zuckerketten für Stabilität und Wirkung nötig sind. Nur eukaryotische Zellen, für das richtige Muster Säugetierzellen, können solche Zuckerketten anhängen. - AFB IIEine Läuferin trainiert vier Wochen in 2.500 m Höhe. Erläutere die Veränderungen ihres Blutes und vergleiche mit EPO-Doping.
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In der Höhe ist der Sauerstoffdruck geringer; die Niere bildet mehr EPO, die Zahl der roten Blutkörperchen steigt, die Sauerstofftransportkapazität nimmt zu. EPO-Doping erreicht denselben Effekt künstlich, oft stärker und ohne die Regelung durch den Körper – mit dem Risiko zu hoher Werte. Höhentraining ist erlaubt, EPO-Doping verboten. - AFB IIIEinige Fachleute schlagen vor, Doping im Spitzensport unter ärztlicher Kontrolle freizugeben. Nimm Stellung am Beispiel EPO.
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Pro: Kontrolle statt Heimlichkeit, weniger unkontrollierte Risiken, Chancengleichheit gegenüber nicht entdeckten Dopern. Contra: Gesundheitsgefahren (Thrombosen) bleiben, Druck auf alle Athletinnen und Athleten, Vorbildwirkung auf Jugendliche und Breitensport, der Sinn des fairen Wettkampfs geht verloren, Grenzen wären kaum zu ziehen. Begründetes eigenes Urteil erwartet.
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Quellen & Stand
- Lin, F.-K. u. a.: Cloning and expression of the human erythropoietin gene. PNAS 82 (1985); Übersicht: Fu-Kuen Lin.
- Sportscience: EPO-Tests bei den Olympischen Spielen 2000 (Lasne und de Ceaurriz, Nature 2000).
- Nobelpreis Medizin 2019 (Kaelin, Ratcliffe, Semenza): nobelprize.org.
- vfa: Gentechnisch hergestellte Arzneimittel in Deutschland.
Stand: Oktober 2026.