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Rinderinsulin und Schweineinsulin: Insulin vor der Gentechnik

Vertiefung zum ThemaInsulin aus Bakterien

Für ein Jahr Insulin brauchte ein Mensch mit Typ-1-Diabetes früher die Bauchspeicheldrüsen von etwa 50 Schweinen oder 25 Rindern. Sechs Jahrzehnte lang retteten Rinderinsulin und Schweineinsulin Millionen Leben. Warum sie trotzdem fast vollständig verschwunden sind, erfährst du hier.

Kurz gesagt

Rinderinsulin und Schweineinsulin wurden aus den Bauchspeicheldrüsen von Schlachttieren gewonnen. Seit der ersten Behandlung 1922 waren sie jahrzehntelang die einzige Insulinquelle. Schweineinsulin unterscheidet sich vom menschlichen Insulin in einer Aminosäure, Rinderinsulin in drei. Ab den 1980er-Jahren lösten Humaninsulin, zuerst halbsynthetisch aus Schweineinsulin, dann aus gentechnisch veränderten Bakterien und Hefen, die tierischen Insuline ab. In Deutschland sind sie heute nicht mehr erhältlich.

Das lernst du hier

  • die Entdeckung des Insulins 1921/22 beschreiben,
  • die Unterschiede von Rinder-, Schweine- und Humaninsulin auf Ebene der Aminosäuren erklären,
  • die Grenzen der Gewinnung aus Schlachttieren begründen,
  • den Wechsel zu Humaninsulin historisch einordnen.

Die Entdeckung: Insulin aus der Bauchspeicheldrüse

Vor 1921 bedeutete Typ-1-Diabetes für Kinder und junge Erwachsene meist ein frühes Todesurteil. Dass die Bauchspeicheldrüse etwas mit der Krankheit zu tun hat, war bekannt, doch frühere Versuche, den wirksamen Stoff zu gewinnen, brachten keinen Durchbruch. Das Problem: Die Bauchspeicheldrüse bildet auch Verdauungsenzyme wie Trypsin, die das Hormon beim Herauslösen zerstören.

  1. 1921: Versuche an HundenIm Labor von John Macleod an der Universität Toronto behandelten der Arzt Frederick Banting und sein Assistent Charles Best Hunde so, dass deren Bauchspeicheldrüse kein Trypsin mehr bildete. Aus diesem Gewebe ließ sich ein wirksamer Extrakt gewinnen.
  2. ReinigungDer Biochemiker James Collip arbeitete daran, den Extrakt so weit zu reinigen, dass er sicher an Menschen eingesetzt werden konnte.
  3. 11. Januar 1922: der erste PatientDer 14-jährige Leonard Thompson erhielt die erste Insulinspritze. Der erste Versuch wirkte nicht, spätere Gaben eines besser gereinigten Extrakts verbesserten seinen Zustand deutlich. Er lebte noch 13 Jahre.
  4. 1923: Nobelpreis und ProduktionBanting und Macleod erhielten den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin und teilten das Preisgeld mit Best und Collip. Ab Oktober 1923 wurde Insulin kommerziell ausgeliefert.

Wusstest du?

Banting, Best und Collip erhielten Patente auf Insulin und seine Herstellung. Sie verkauften sie für jeweils einen Dollar an die Universität Toronto.

Rinderinsulin und Schweineinsulin aus dem Schlachthof

Nach der Entdeckung wurde Insulin rund 60 Jahre lang vor allem aus den Bauchspeicheldrüsen von Rindern und Schweinen gewonnen. Für die Versorgung eines einzigen Menschen mit Typ-1-Diabetes waren pro Jahr die Organe von etwa 50 Schweinen oder 25 Rindern nötig. Die Menge an Insulin hing damit direkt von der Zahl der Schlachttiere ab. Wie knapp das werden konnte, zeigt ein Plakat aus der Zeit nach dem Zweiten Weltkrieg in Deutschland: „Fleischer, gebt Tierorgane!“ forderte Metzger auf, Organe an Arzneimittelhersteller abzugeben.

Dass das Hormon von Tieren beim Menschen überhaupt wirkt, liegt daran, dass Insulin bei Säugetieren sehr ähnlich gebaut ist. Es besteht aus zwei Ketten: der A-Kette mit 21 und der B-Kette mit 30 Aminosäuren, verbunden durch Disulfidbrücken. Die Unterschiede betreffen nur wenige Positionen (Abb. 1). Übrigens ist das Insulin von Hunden, mit denen Banting und Best experimentierten, chemisch identisch mit dem Schweineinsulin.

Insulin: wo sich Rinder- und Schweineinsulin vom Humaninsulin unterscheiden Das Insulinmolekül als zwei Perlenketten: oben die A-Kette mit 21 Aminosäuren, unten die B-Kette mit 30 Aminosäuren. Drei gestrichelte Disulfidbrücken: eine innerhalb der A-Kette zwischen A6 und A11, zwei zwischen den Ketten von A7 zu B7 und von A20 zu B19. Bernsteinfarben hervorgehoben sind die Positionen A8 und A10, an denen nur Rinderinsulin vom Humaninsulin abweicht. Violett hervorgehoben ist Position B30 am Ende der B-Kette, an der Rinder- und Schweineinsulin abweichen. A B A-Kette: 21 Aminosäuren B-Kette: 30 Aminosäuren A8 A10 B30 A1 S–S nur beim Rind anders bei Rind und Schwein anders Disulfidbrücke (S–S)
Abb. 1: Insulin im Vergleich (schematisch). Jeder Kreis steht für eine Aminosäure. Rinderinsulin weicht an drei Positionen vom Humaninsulin ab (A8, A10, B30), Schweineinsulin nur an einer (B30).
PositionMenschSchweinRind
A8ThreoninThreoninAlanin
A10IsoleucinIsoleucinValin
B30ThreoninAlaninAlanin
Unterschiede zum Menschen–13

Merke

Rinderinsulin unterscheidet sich vom Humaninsulin in drei Aminosäuren (A8, A10, B30), Schweineinsulin nur in einer (B30). Beide wurden jahrzehntelang aus Bauchspeicheldrüsen von Schlachttieren gewonnen. Humaninsulin hat genau die Aminosäurefolge des menschlichen Hormons.

Warum Humaninsulin das Tierinsulin ablöste

Tierisches Insulin wirkte zuverlässig, hatte aber Nachteile. Weil es nicht genau dem menschlichen Hormon entsprach, bildeten manche Patientinnen und Patienten Antikörper dagegen oder reagierten allergisch. Rinderinsulin weicht dabei stärker ab als Schweineinsulin. Hinzu kam die Abhängigkeit von Schlachttieren, während die Zahl der Menschen mit Diabetes wuchs.

Ein erster Ausweg war chemisch: 1976 gelang es Rainer Obermeier und Rolf Geiger beim Unternehmen Hoechst, Schweineinsulin umzuwandeln. Sie tauschten an Position B30 das Alanin gegen Threonin aus, sodass ein Molekül entstand, das dem menschlichen Insulin gleicht. Hoechst brachte dieses halbsynthetische Humaninsulin 1983 auf den Markt. Der Rohstoff blieb aber das Schwein.

Den eigentlichen Durchbruch brachte die Gentechnik. 1978 gelang es, menschliches Insulin in Bakterien herzustellen, 1982 wurde in den USA das erste gentechnisch hergestellte Humaninsulin zugelassen. Dafür wird ein Gen in ein Plasmid eingesetzt und in Bakterien gebracht; wie das funktioniert, zeigt die Seite Plasmide: die Genfähren der Gentechnik. Heute werden Humaninsulin und gezielt veränderte Insulinanaloga verwendet. Die früher gängigen Insuline von Rindern oder Schweinen sind in Deutschland nicht mehr erhältlich. Einen Vergleich von tierischem Insulin, Humaninsulin und Analoga findest du im Hauptkapitel Insulin aus Bakterien.

Die wichtigsten Stationen im Überblick:

JahrEreignis
1921Banting und Best gewinnen in Toronto einen wirksamen Extrakt aus der Bauchspeicheldrüse von Hunden.
1922Leonard Thompson erhält am 11. Januar als erster Mensch Insulin.
1923Nobelpreis für Banting und Macleod; ab Oktober wird Insulin kommerziell ausgeliefert.
1951/1952Frederick Sanger bestimmt die Aminosäurefolge von Rinderinsulin.
1976Bei Hoechst wird Schweineinsulin erstmals chemisch in Humaninsulin umgewandelt.
1978Menschliches Insulin wird erstmals in Bakterien hergestellt.
1982In den USA wird das erste gentechnisch hergestellte Humaninsulin zugelassen.
1983Halbsynthetisches Humaninsulin von Hoechst kommt auf den Markt.
heuteIn Deutschland sind tierische Insuline nicht mehr erhältlich; verwendet werden Humaninsulin und Insulinanaloga.

Typische Fehler

  • „Schweineinsulin ist mit menschlichem Insulin identisch.“ Fast, aber nicht ganz: An Position B30 steht Alanin statt Threonin.
  • „Humaninsulin wird aus menschlichen Bauchspeicheldrüsen gewonnen.“ Nein. Humaninsulin heißt so, weil es die menschliche Aminosäurefolge hat. Es wurde zuerst aus Schweineinsulin umgewandelt und wird heute gentechnisch hergestellt.
  • „Tierisches Insulin wirkt beim Menschen nicht richtig.“ Doch, es senkt den Blutzucker zuverlässig und hat Millionen Menschen das Leben gerettet. Die Nachteile lagen bei Verträglichkeit und Versorgung.
  • „Rind und Schwein unterscheiden sich in vielen Aminosäuren vom Menschen.“ Nein, nur in drei beziehungsweise einer von 51 Aminosäuren.
Vertiefung Oberstufe: Wie Frederick Sanger das Rinderinsulin entschlüsselte

Rinderinsulin hat Wissenschaftsgeschichte geschrieben. Anfang der 1950er-Jahre glaubten viele Fachleute noch, Proteine seien eher formlose Gemische ohne feste Zusammensetzung. Der britische Biochemiker Frederick Sanger untersuchte Insulin vom Rind, ein vergleichsweise kleines Protein, und bestimmte seine vollständige Aminosäurefolge: 1951 die der B-Kette, 1952 die der A-Kette.

Sein Vorgehen funktionierte wie ein Puzzle:

  • Ende markieren: Mit einem Reagenz (1-Fluor-2,4-dinitrobenzol, heute Sanger-Reagenz genannt) markierte er die freie Aminogruppe am Anfang jeder Kette gelb.
  • In Stücke teilen: Mit Salzsäure oder dem Enzym Trypsin zerlegte er die Ketten teilweise in kurze Bruchstücke.
  • Trennen: Auf Filterpapier trennte er das Gemisch erst durch Elektrophorese, dann im rechten Winkel durch Chromatografie. Es entstand ein Fleckenmuster, das er „Fingerabdruck“ nannte.
  • Zusammensetzen: Weil verschiedene Spaltmethoden unterschiedliche, sich überlappende Bruchstücke liefern, konnte er sie wie Puzzleteile zur vollständigen Folge zusammensetzen. 1955 klärte er auch, welche Cysteine über Disulfidbrücken verbunden sind.

Die Bedeutung reicht weit über Insulin hinaus: Sanger zeigte, dass jedes Protein eine genau festgelegte Aminosäurefolge hat. Das war eine wichtige Voraussetzung für die Erkenntnis, dass Gene die Reihenfolge der Aminosäuren festlegen. Für diese Arbeit erhielt er 1958 den Nobelpreis für Chemie. Ohne die bekannte Folge hätte man das Insulin-Gen für die Herstellung in Bakterien später nicht im Labor zusammensetzen können.

Fachbegriffe

Rinderinsulin
Aus Bauchspeicheldrüsen von Rindern gewonnenes Insulin; drei Aminosäuren anders als beim Menschen.
Schweineinsulin
Aus Bauchspeicheldrüsen von Schweinen gewonnenes Insulin; eine Aminosäure anders (B30).
Humaninsulin
Insulin mit der Aminosäurefolge des menschlichen Hormons, heute gentechnisch hergestellt.
Halbsynthetisches Insulin
Chemisch aus Schweineinsulin umgewandeltes Humaninsulin (B30: Alanin gegen Threonin).
Disulfidbrücke
Verbindung zweier Cysteine über Schwefelatome; hält die Insulinketten zusammen.
Trypsin
Verdauungsenzym der Bauchspeicheldrüse, das Proteine spaltet.

Aufgaben

AFB I Wissen wiedergeben AFB II Anwenden AFB III Beurteilen

  1. AFB INenne die Positionen, an denen sich Rinder- und Schweineinsulin vom Humaninsulin unterscheiden, und die jeweiligen Aminosäuren.
    Lösung anzeigen

    Schwein: B30 Alanin statt Threonin. Rind: A8 Alanin statt Threonin, A10 Valin statt Isoleucin, B30 Alanin statt Threonin.

  2. AFB IIErkläre, warum frühe Versuche scheiterten, Insulin aus ganzen Bauchspeicheldrüsen zu gewinnen, und wie Banting und Best das Problem lösten.
    Lösung anzeigen

    Insulin ist ein Protein. Die Bauchspeicheldrüse bildet auch Verdauungsenzyme wie Trypsin, die Proteine spalten. Beim Zerkleinern des Organs zerstörten sie das Insulin. Banting und Best behandelten Hunde so, dass deren Bauchspeicheldrüse kein Trypsin mehr bildete; aus diesem Gewebe ließ sich wirksames Insulin gewinnen. Collip reinigte den Extrakt anschließend.

  3. AFB IIAngenommen, 300 000 Menschen mit Typ-1-Diabetes müssten mit Schweineinsulin versorgt werden. Berechne, wie viele Schweine pro Jahr dafür nötig wären, und bewerte das Ergebnis.
    Lösung anzeigen

    300 000 · 50 Schweine = 15 Millionen Schweine pro Jahr, allein für Menschen mit Typ-1-Diabetes; viele Menschen mit Typ-2-Diabetes brauchen ebenfalls Insulin. Die Versorgung wäre vollständig von der Fleischproduktion abhängig, schwankungsanfällig und organisatorisch aufwendig. Das zeigt, warum die Herstellung in Bakterien und Hefen, die beliebig vermehrt werden können, ein großer Fortschritt war.

  4. AFB IIErläutere, warum Rinderinsulin häufiger zu Antikörperbildung führen kann als Schweineinsulin.
    Lösung anzeigen

    Das Immunsystem erkennt fremde Proteine an Abweichungen ihrer Struktur. Rinderinsulin unterscheidet sich an drei Positionen vom menschlichen Insulin, Schweineinsulin nur an einer. Je mehr Abweichungen, desto eher kann das Immunsystem das Molekül als fremd erkennen und Antikörper bilden.

  5. AFB IIIDie Entdecker verkauften ihre Insulin-Patente für je einen Dollar. Heute sind neue Insuline wie andere neue Arzneimittel meist durch Patente geschützt. Beurteile, welche Rolle Patente bei lebenswichtigen Medikamenten spielen sollten.
    Lösung anzeigen

    Für Patente spricht: Sie belohnen teure Forschung und Entwicklung, etwa neuer Analoga, und schaffen Anreize für Unternehmen. Dagegen spricht: Bei lebenswichtigen Medikamenten können hohe Preise Menschen von der Behandlung ausschließen; das Beispiel von Banting, Best und Collip zeigt, dass Forschende den Zugang über den Gewinn stellen können. Mögliche Lösungen: zeitlich begrenzte Patente, Preisregeln, Nachahmerpräparate nach Patentablauf. Begründetes eigenes Urteil.

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Quellen & Stand

Stand: Oktober 2026.

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