Algen bieten mehr als Lifestyle-Produkte: von Neuroprotektion bis Hydrokolloide

Dr. rer. nat. med. habil. Eva Gottfried

05.03.2026

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Mikro- und Makroalgen bilden eine Vielzahl von Substanzen mit antiinflammatorischem bis neuroprotektivem Potenzial. Auch industriell nutzbare Polymere haben von vielen unbemerkt schon Einzug in Ernährung, Arzneimittel und Industrieprodukte gefunden.

Süß- und Salzwasserökosysteme bieten eine Fülle natürlicher Verbindungen, deren Wirkung auf den Körper zunehmend anerkannt ist. Aufgrund ihres schnellen Wachstums und rasanten Aufbaus von Biomasse werden aquatische Systeme auch als erneuerbare Rohstoffquelle betrachtet. Die riesige phylogenetische Diversität der Gruppe der Algen ermöglicht die Extraktion unterschiedlichster Metabolite, die ein enormes Potenzial für die Bereiche Gesundheit und Kosmetik, Lebensmittel, Biomaterialien und Bioenergie bieten [1, 2].

Eine ganze Reihe von Algen sind schon lange gut bekannt, erforscht und genutzt. Chlorella und Spirulina (Arthrospira) dominieren aufgrund eines hohen Proteingehalts und Nährwerts den weltweiten Mikroalgenmarkt der Nutraceuticals und Pigmente. So dient beispielsweise das Pigment Astaxanthin aus Haematococcus sp. weltweit zur Colorierung von Fischprodukten [2]. Auch die zu den Makroalgen zählenden Braunalgen sind reich an Nährstoffen, Vitaminen und Farbstoffen. Eine ganze Reihe von Stoffwechselprodukten wie Phycokolloide, d.h. Hydrokolloide aus Algen, werden bereits in der Lebensmittelbranche und in industrieller Produktion genutzt und als bioaktive Substanzen mit Blick auf Wundheilung, Neuroprotektion und Diabetes untersucht [1, 3].

Was sind Algen?

„Phyco“ steht für Algen, eine nicht -taxonomische Bezeichnung für eine heterogene Gruppe von 40 bis 60.000 beschriebene Arten, die mittels autotropher Photosynthese Sonnenenergie nutzen und meist in Gewässern, zumindest feuchten Biotopen leben. Laut Berechnungen steuern sie etwa 45% der globalen Photosynthese bei und gelten neben den Wäldern als weltweite CO₂-Senke [1, 2]. Entsprechend ihrer Größe werden sie in einzellige Mikroalgen und multizelluläre Makroalgen (Tange, Seegras, seaweed) eingeteilt [2, 4].

Makroalgen lassen sich anhand ihrer Pigmente in drei Klassen einordnen: Braunalgen (Phaeophyta) produzieren Fucoxanthin; Grünalgen (Chlorophyta) produzieren Chlorophyll a, b, Lutein, Zeaxanthin, Violaxanthin, Neoxanthin und β-Carotin; Rotalgen (Rhodophyta) produzieren Phycobiliproteine und Lutein, Zeaxanthin und β-Carotin. Die Einteilung von Mikroalgen in die zwei Klassen Cyanobakterien (blau-grüne Algen) und Grünalgen ist dagegen wesentlich komplexer und erfolgt anhand von Merkmalen wie Pigmentzusammensetzung, morphologischer Variationen (runde, ovale, zylindrische, fusiforme Zellen), Zellanhängseln u.a. Je nach Größe spricht man auch von Pikoplankton (0,2–2 μm), Nanoplankton (2–20 μm) oder Mikroplankton (20–200 μm) [4]. Die chemische Zusammensetzung der Algen unterscheidet sich erheblich je nach Art, Jahreszeit (Sonnenlicht), Lebensraum und Umweltbedingungen (Salzgehalt, Meerestiefe) [4].

Industrielle Nutzung von Algen

Der Verzehr von Algen, in China als Nostoc, in Mexiko als Azteken tecuitlatl bekannt, lässt sich bereits für die Zeit vor mehr als 2000 Jahren nachweisen; in der westlichen Welt begann mit Alginat im frühen 20. Jahrhundert die industrielle Produktion von Algen [2]. In den 1980er Jahren gab es in Asien bereits mehr als 40 großtechnische Produktionsanlagen für Mikroalgen (insbesondere Chlorella sp.), in Indien begann die industrielle Nutzung von Cyanobakterien und als drittgrößter Bereich wurde die kommerzielle β-Carotin-Produktion unter Verwendung der halophilen Grünalge Dunaliella salina in Australien, Israel und den USA aufgebaut [2].

Durch die Entwicklung von Photobioreaktoren, d.h. Bioreaktoren für das Wachstum photosynthetisch aktiver Organismen, wurden Algensubstanzen in den 1990er Jahren auch kommerziell rentabel. Einer der ersten industriell aus Mikroalgen gewonnenen Produkte war Astaxanthin, das wegen seiner antiinflammatorischen und antioxidativen Wirkung für die Arzneimittel, Nutraceuticals, Landwirtschaft- und Futtermittelbranche von Interesse ist [2]. Makroalgen werden heute in Großanlagen kultiviert oder direkt aus dem Meer geerntet; die Kultur von Mikroalgen erfolgt überwiegend in Suspensionskulturen entweder in offenen Becken (open ponds) oder in Algenfarmen mit Glasröhrenreaktoren (Klötze/BRD) oder Tannenbaumreaktoren (GICON) mit Temperatursystem [1]. Photobioreaktoren sind nur in begrenzter Größe umsetzbar und verfügen über eine geringe Raum-Zeit-Ausbeute. Im Upscaling sind die Volumenaktivität, d.h. große Volumina mit Blick auf Nährstoff- und Wasserbedarf, sowie das Temperaturmanagement herausfordernd [1]. Als erfolgversprechend werden geschlossene Kultivierungssystems aus flexiblen, transparenten Kollektorschläuchen mit integrierten Kühlschläuchen, Wärmetauschern, Filtern und PV-Folien erprobt [1].

Eine weitere Alternative ist die Algenkultur im Biofilm, d.h. in mikrobiotischen Lebensgemeinschaften an festen Oberflächen, was die Ernte vereinfacht, aber bisher nur mit geringen Flächenproduktionsraten möglich ist. Hier sind insbesondere Licht-, Nährstoff- und CO₂-Gradient zu kontrollieren; für die Produktion von Exkretionsprodukten stehen Mischkultur-Kapillarsysteme zur Verfügung [1].

Astaxanthin – erste Algenextrakte mit antiinflammatorischer Wirkung

Von den in Forschungslabors gescreenten Wirkstoffen, erreichen im Durchschnitt weniger als 1% den Markt, sodass derzeit auch nur eine Handvoll wissenschaftlich geprüfter Wirkstoffsubstanzen auf Algenbasis auf dem Markt sind [1]. Astaxanthin (ASX) ist ein lipophiles Xanthophyllcarotinoid mit antioxidativer, antiinflammatorischer und cytoprotektiver Wirkung [5]. ASX stammt primär von Süßwasser-Mikroalgen wie Haematococcus pluvialis (Blutregenalge) und Chlorella zofingiensis sowie dem Hefepilz Phaffia rhodozyma aus der Klasse der Basidomyceten. In der Natur reichert sich ASX im Verlauf der Nahrungskette in Schalentieren und Fischen an [5]. Die chemische Struktur von ASX ist reich an konjugierten Doppelbindungen, Carbonyl- und Hydroxylgruppen, was der Substanz starke antioxidative und antiinflammatorische Eigenschaften verleiht; klinische Studien zur Assoziation mit Erkrankungen sind rar [5]. Folglich ist ASX zwar als Nahrungsergänzungsmittel in der EU zugelassen, hat im Arzneimittelbereich allerdings bisher keine Zulassung [5].

Laut in-vitro-Analysen moduliert ASX oxidativen Stress über den PI3K/Akt-Nrf2-Signalweg und supprimiert NF-κB-vermittelte Inflammation mittels Senkung von TNF-α, IL-6 und iNOS. Darüber hinaus zeigt ASX eine kontextabhängige Rolle im Zellsurvival und wirkt dabei über die Regulation von p53 proapoptotisch auf Krebszellen, aber protektiv auf nicht-transformierte Zellen [5]. Bei Stammzellen wiederum fördert ASX die Proliferation und unterstützt die Linien-spezifische Differenzierung, was Potenzial für die regenerative Medizin bedeuten kann [5].

Anti-inflammatorisch, anti-viral, anti-tumoral

Inzwischen wurde die Wirkung einer ganzen Reihe von Algensubstanzen im Kontext von Neuroinflammation, Viren und Krebs untersucht. Ein Methanolextrakt von Ulva conglobata, einer marinen Grünalge zum Verzehr, vermindert inflammatorische Faktoren bei in vitro Analysen von HT22-Zellen des Hippocampus und BV2-Zellen der Mikroglia. Darüber hinaus wurde die IFN-γ-induzierte Mikrogliaaktivierung gehemmt sowie die NO-Freisetzung und Expression von iNOS und COX-2 reduziert [4]. Auch in ethanolischen Extrakten der Braunalge Myagropsis myagroides, der malaysischen Meeresalgen Padina australis, Sargassum polycystum und Caulerpa racemosa konnten entzündungshemmende Substanzen, wie Phlorotannin und Pigmente nachgewiesen werden [4]. Für die von der Alge Ecklonia cava gebildeten Phlorotannine aus der Gruppe der Polyphenole (Eckol, Dieckol, 8,8'-Bieckol) wurden antiinflammatorische Effekte mit Potenzial zum Schutz vor neurodegenerativen Prozessen anhand in-vitro-Studien zu molekularen Signalketten beschrieben [4]. Ebenso soll Oligomannuronat (GV-971) aus Braunalgen die Neuroinflammation und Amyloid-Ablagerungen hemmen, weshalb die Substanz 2019 in China zur Behandlung der Alzheimerkrankheit zugelassen wurde [1].

Des Weiteren wurde eine antivirale Aktivität verschiedener Algensubstanzen in Studien nachgewiesen. So wird bereits Iota Carrageenan (Carragelose), ein sulfatiertes Galactosepolymer aus Rotalgen, seit 2008 in einem antiviralen Nasenspray eingesetzten [1]. Außerdem zeigte sich, wie das Lektin Griffithsin spezifisch an Glykanketten in Virsusprotein (z.B. SARS-CoV-2 M Protein) binden und das hACE2-vermittelte Eindringen in Zellen hemmen kann [6].

Auch Ansätze in der Krebstherapie haben ihren Ausgangspunkt in Algensubstanzen. So dient das ursprünglich aus Cyanobakterien isolierte Dolastatin-10 als Leitstruktur für die Entwicklung von Auristatinen. Monomethyl auristatin F (MMAF) ist ein synthetisches Analog von Dolastin-10 und Radiosensitizer, der als Wirkstoffkomponente eines Antikörper-Wirkstoff-Konjugates (ADC) zur Tumortherapie dient [1, 7].

Hydrokolloide aus Algen: Agar, Carrageenan und Alginate

Derzeit werden jährlich etwa 1 Million Tonnen Makroalgen geerntet, um daraus etwa 55.000 Tonnen Hydrokolloide zu produzieren, bekannt als Agar, Carrageen, Alginate u.a. Hydrokolloide bilden eine heterogene Gruppe von hochmolekularen, langkettigen hydrophilen Polymeren, die bei Dispersion in Wasser gelierend, verdickend und stabilisierend wirken [2, 3]. Die auch als Phycocolloide (Algen-Colloide) beschriebenen Substanzen werden, alternativ zu jenen aus Pflanzen (Stärke, Cellulose, Pektine, Gummi arabicum u.a.) und Tieren (Gelatine u.a.), in verschiedensten Industriebereichen eingesetzt [2, 3]. Viele Hydrokolloide werden als Lebensmittelzusatzstoffe, wie Stabilisatoren, Verdickungsmittel und Geliermittel, zur Feuchteregulation sowie zur Verbesserung von Struktur, Viskosität, Fließverhalten, Quellfähigkeit und „Essbarkeit“ eingruppiert [2, 3]. Ein gut untersuchtes Beispiel ist Alginat, das häufig als Natriumalginat (sodium alginate) genutzt wird [8]. Es gilt als nicht-toxisch, nicht immunogen, gut absorbierend und blutstillend (zum Einsatz in der Wundversorgung als Hydrokolloidverband); es dient in der pharmazeutischen Industrie zur Verkapselung therapeutischer Substanzen für ein verbessertes Drug Delivery und es kann als Emulgator und Verdickungssubstanz u.a. in Lebensmittel- und Textilindustrie, Kosmetik, bis hin zum Tissue Engineering genutzt werden [2, 3, 8].

Risiken durch Toxine und Schwermetalle

Sorgen bereitet im Zusammenhang mit Meeresalgen nicht nur das regelmäßige Auftreten von Algentoxinen, sondern auch eine mögliche Jod-Überladung von Fischessern und eine Belastung mit Schwermetallen wie Arsen, Aluminium, Cadmium, Blei, Rubidium, Silizium, Strontium und Zinn, die für den Menschen mutagen und karzinogen wirken können. Die Konzentrationen sind abhängig von Lebensraum und Ökologie, was bisher zu widersprüchlichen Forschungsergebnissen geführt hat [9].

Allerdings bietet die Aufnahme von Schwermetallen durch Algen wiederum Möglichkeiten in der Abwasserreinigung, u.a. durch das Wachstum von Mikroalgen in Freilandkulturen auf Abwasserbasis, was auch den Nebeneffekt der Rückgewinnung von Ressourcen wie Nährstoffen und Energie bietet [10]. Dabei wird Altwasser als Ersatz für Frischwasser plus Düngemittel genutzt. Ein Vorfiltern der Abwässer sowie die Überwachung von pH und Lichtintensität ermöglichen eine kontrollierte Kultur, bei der das gereinigte Restwasser sowie die Algen-Biomasse weiterverwendet werden können, natürlich unter Einhaltung von Schwermetall-Grenzkonzentrationen [10].

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