Bioaktive Wirkstoffe aus Algen: Retten Haut und Haar

Die ganze Welt will „Grün“. Alles was gut fürs Klima ist, hat Konjunktur. Und auch Algen erfreuen sich eines neuen Booms. Hier wird es sogar Blau: Mit Blue Biotechnology (1) bewerben einige Hersteller selbst die Produktion. Aber Algen brummen nicht nur mit bioaktiven Wirkstoffen für die Kosmetik. Sie werden vor allem in den Bereichen Nahrung und Nahrungsergänzung eingesetzt, aber auch für sogenannte Biofuels (2) und als CO2 Sequestrier-Materialien (3, 4) sind sie schwer im Kommen. Bei letzterem sollen sie sogar Bäumen überlegen sein. Bei einem so tollen Zeug (ich sag jetzt Zeug, weil ich mich nicht entscheiden kann zwischen Pflanze, Rohstoff oder Lebewesen) lohnt es sich also, ganz genau hinzusehen.

Die grüne Welt der Algen

Nun, es sind bei weitem nicht alle Algen grün und außer in der Farbe können sie sich auch in ihrer Größe erheblich unterscheiden. Denn unter dem Begriff „Algen“ werden sämtliche eukaryotische Lebewesen zusammen gefasst, die im Wasser leben und Photosynthese betreiben (5). Und das sind ganz schön viele. Das Spektrum reicht vom Seegras (Tang) bis hin zu Mikroalge, dem Phytoplankton und sogar zu den Cyanobakterien (6).

Abbildung 1: Einzellige Mikroalgen

Und das Interessante, sie kommen nicht nur in den Ozeanen und Süßgewässern vor, ja auch in jedem Wassertank wachsen sie schon mal. Sie sind aber auch im Boden, auf Steinen oder gleich im Sediment zu finden (Kieselalgen). Kurz, die Welt ist voll davon: WissenschaftlerInnen kommen auf über 40.000 schon beschriebene Spezies, vermuten aber mehr als 70.000 (7).  

Makro und Mikro: Algen in jeder Größe und für jede Anwendung

Makroalgen werden seit langer Zeit genutzt, meist als Nahrung. Zu ihnen gehören:

  • Rotalgen
  • Grünalgen
  • Braunalgen

Diese Algen werden klassischerweise geerntet. Wir kennen sie als Noriblätter für Sushi, als Wakamesalat beim Chinesen oder sogar als Meeresspaghetti (8). Frisch oder getrocknet, die Auswahl ist riesengroß. Und mindestens genauso groß ist die Auswahl an Algenextrakten für die Kosmetik.

Abbildung 2: Algenextrakte von der Firma Seppic mit den vom Hersteller angegebenen kosmetischen Wirkversprechen, zusammengestellt aus den Informationen aus UL Prospector

Algenextrakte sind dabei nicht neu. Sie werden seit vielen Jahren in der Kosmetik eingesetzt. Jetzt gehen einige Hersteller auch dazu über, Forschung an Makroalgen zu machen und in Zellkultur zu züchten (9).

Der Markt für marine Wirkstoffe wächst, besonders im Bereich Pharmazie, Cosmeceuticals und funktioneller Inhaltsstoffe. Und da ja nicht nur Makroalgen vielversprechende Wirkungen haben, spielen auch die Mikroalgen eine besondere Rolle.

Mikroalgen sind häufig Einzeller oder Organismen aus nur wenigen Zellen (Abb. 1). Zu ihnen gehören Spirulina Algen (ein Cyanobakterium), Chlorella (eine Grünalgenart) und auch Kieselalgen. Häufig lassen sie sich anders als Makroalgen, einfacher in Gefäßen züchten. Man braucht dazu lediglich Wasser, Sonnenlicht, Nähstoffe und CO2. Geschieht das gezielt spricht man heute von „Blue Biotechnology“ (10, 11). Und das brummt derzeit genauso wie alles, was auch nur ein Fünkchen mehr Nachhaltigkeit verspricht. Und das kann auch weit im Landesinneren geschehen, wie viele neue Start-ups zeigen (12, 13).

Abbildung 3: Mikroalgen, die prinzipiell für Blue Biotechnology geeignet sind (13). Fett markiert sind hier Algen, die häufiger in Kosmetik eingesetzt werden.

Bioaktive Wirkstoffe und ihre Anwendung in Kosmetik

Bei der Vielzahl an Veröffentlichung ist es wirklich schwer, einen strukturierten Überblick zu erhalten. Es werden Algenextrakte selbst untersucht, wie z.B. Fucus vesicolosus (14) oder aber bestimmte Fraktionen / Substanzgruppen, wie z.B. sulfatierte Polysaccharide (15). Will man dann eine sinnvolle Stoff-Wirkungs-Beziehung erstellen, ist es wirklich nicht einfach. Schaut man sich an, was so typischerweise auf dem Markt erhältlich ist und in Kosmetik eingesetzt wird, dann sind das Algen-EXTRAKTE. Beispielsweise habe ich die Algenextrakte der Firma Seppic in Abbildung 2 aufgeslistet.

Algen-Extrakte werden üblicherweise in in vitro Assays auf ihre Wirksamkeit hin untersucht. Es gibt einige Reviews dazu (16-21). Bei kommerziell interessanten Rohstoffen, findet sich dann auch ein Anwendungstest mit Ergebnis, wie z.B. bei Tetraselmis suecica (22, 23). Interessant an dieser Stelle ist, dass Symrise die Verwendung des Extrakts aus Tetraselmis Suecica  unter dem Patent EP 2 193785 B1 zur Verminderung des Haarwuchses und zur Aufhellung von Haut und Haar patentiert hat. Also was ganz anderes, als für das das Extrakt jetzt vermarktet wird (23).

Algen spezifische Inhaltsstoffe

Sortiert man Algenextrakte also allein nach ihrer Wirkung auf der Haut, verschleiert man, welches Potential sich tatsächlich hinter der Anwendung und ihren Inhaltsstoffen verbirgt. Diese Inhaltsstoffe sind:

  • Polysaccharide: Sulfatierte und nicht sulfatierte Polysaccharide (15)
  • Pigmente: Wobei hier alle Farbstoffe gemeint sind, die zur Photosynthese genutzt werden. Algen verwenden im Gegensatz zu terrestrischen Pflanzen zusätzlich zu Chlorophyll noch Carotenoide (ß-Carotin, Lutein, Fucoxanthin, Astaxanthin) und Phycobiline (24, 25). Zusammen schützen diese Pigmente Algen vor dem gesamten sichtbaren Spektrum
  • Proteine, Peptide (26)
  • Phenolische Verbindungen (16, 18)
  • Lipide, hier sind besonders die omega-3 hoch ungesättigten Fettsäuren interessant (27, 28), von denen kommen Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA) üblicherweise nicht in Pflanzen, sondern in Fischen vor. Für kosmetische Anwendungen gibt es ein Produkt von Lubrizol (29), das als Triolein INCI gelistet ist.
  • Vitamine, Mineralstoffe: Wichtige Vitamine sind die B-Vitamine, inklusive Vitamin B-12, was Algen damit eine Sonderstellung gibt, denn üblicherweise synthetisieren Pflanzen kein B12. Algen sind eine wichtige Quelle von Iod.

Viele dieser Stoffe, die sich in Algen finden, kommen in terrestrischen Pflanzen nicht vor. Dies gilt besonders für viele sulfatierte Polysaccharide, phenolische Verbindungen und Pigmente. Diese endemischen Verbindungen machen die Algen so einzigartig und interessant.

Abbildung 4: Relevante Stoffgruppen in Algen

Es ist eigentlich selbstverständlich, dass in einem Extrakt nie nur eine Substanzgruppe alleine vorkommt, sondern immer eine individuelle Wirkstoffmischung vorliegt. Das ist bei Pflanzenextrakten nicht anders. Aber anders als bei Pflanzenextrakten finde ich bei Algenextrakten keine Standardisierung auf einen Leit-Inhaltsstoff.
Und nicht immer sind alle Wirkstoffe ohne Nebenwirkungen: Beispiel Carrageenan aus  der Rotalge Chondrus Crispus (30). Die für den Lebensmittelbereich zugelassenen Carrageenane haben ein hohes Molekulargewicht, anders als degradiertes Carragenean oder Polygeenan. Letztere können tatsächlich zu Reizungen im Darm führen (31).
Diese Wirkunterschiede gibt es nicht nur bei Carrageen, sondern sehr vielen anderen (Bio)-Polymeren.

Kosmetische Anwendungsgebiete von Algen-Wirkstoffen

Zunächst lassen sich die Substanzen aus Algen für die Rezepturentwicklung nutzen:

  • Als strukturelle Inhaltsstoffe in kosmetischen Formulierungen: Alginate, Carrageene, die Elektrolyt tolerante Verdicker sind.
  • Als farbgebende Stoffe, die von Rotbraun (Carotenoide) über Grün (Chlorophyll) nach Blau reichen (Phycobilin).
  • Viele Substanzen in den Algen haben auch eine filmbildende Wirkung auf der Haut, die dann nicht nur ein angenehmes Gefühl erzeugt, sondern auch Wasser binden kann (Polysaccharide).
Abbildung 5: Wichtige kosmetische Effekte und die Wirkstoffe aus Algen , die dafür mitverantwortlich sind (15-21, 25,32,33).

Aus der Tabelle (Abb.5) wird ersichtlich, dass zum einen viele der Inhaltsstoffe mehrere Wirkungen haben und zum anderen, dass viele der Eigenschaften auf unterschiedlichen Mechanismen beruhen. So kann z.B. die photoprotektive Wirkung sowohl durch eine echte Absorption von UV Strahlen als auch durch Abfangen von reaktiven Sauerstoffmolekülen erreicht werden (32).

Die Wirkstoffe der Mikroalgen, was macht sie so besonders?

In meinem bisherigen Text bin ich wenig auf die Unterschiede zwischen Makro- und Mikroalgen eingegangen. In den meisten Reviews werden sie auch gemeinsam behandelt. Der wesentliche Unterschied jedoch ist, dass Mikroalgen außerhalb ihrer natürlichen Umgebung gezüchtet werden können. Damit sind sie in großen Mengen verfügbar und können industriell weiter verarbeitet werden. In ihrer Zusammensetzung unterscheiden sie sich nicht wesentlich von ihren Makro-Geschwistern, können aber quantitativ deutlich anders zusammen gesetzt sein.

Abbildung 6: Zusammensetzung von Mikroalgen (28, 34) . Die Proteingehalten variieren von Spezies und sind typischerweise am höchsten in Vertretern der Grünalgen (33): Diese Verhältnisse können züchterisch, durch Kulturbedingungen oder Gentechnik verändert werden.

Algen – in Zukunft ohne Meer?

Wir Menschen haben offenbar den Hang dazu, alles zu Vermüllen. Speziell das Meer scheint durch seine unendlichen Weiten besonders häufig zur Müllkippe zu verkommen (35).
Da können wir nicht ernsthaft erwarten, dass wir aus dem Meer in Zukunft Rohstoffe ernten. Zumal die globale Erwärmung vor den Ozeanen nicht Halt macht und damit auch die Algen stresst. Sie mögen es eher kühl (5).

Gleichzeitig meinen viele ForscherInnen noch, bisherige Lebensstile mit anderen Mitteln am Laufen halten zu müssen, so die Produktion von Biofuels aus Algen. Dafür werden spezielle Algensorten mit hohem Anteil an Lipiden gezüchtet, dann umgeestert und könnten dann CO2 neutrale Kraftstoffe liefern (36).

Wahrscheinlich aber werden wir sie essen. Jetzt schon sind Grünalgen Futtermittel in der Fischzucht, werden Tiernahrung zugesetzt und auch bei uns Menschen als „superfood“ verzehrt. Möglicherweise können sie helfen, die versauten Böden wieder zu reaktivieren, ganz sicher aber in Reaktoren CO2 binden und so helfen, den Verlust der terrestrischen Wälder auszugleichen.

Die Verwendung der Algenextrakte oder ihrer Einzelkomponenten in Kosmetika ist danach nur folgerichtig.
Aber auch hier gilt, wie bei allen eingesetzten Wirkstoffen

  • Nur ein kosmetischer (kein medizinischer) Claim ist erlaubt (37)
  • Die eingesetzte Menge sollte der Anwendung angepasst sein
  • Keine Wunder erwarten, denn häufig wirken Algen am besten in ihrer natürlichen Umgebung: Im Meer, heißen Quellen oder in einer Schlammpackung (38).

Literatur

(1) Blaue Biowirtschaft Algensektor
(2) Allen, J., Unlu, S., Demirel, Y. et al. Integration of biology, ecology and engineering for sustainable algal-based biofuel and bioproduct biorefinery. Bioresour. Bioprocess. 5, 47 (2018). https://doi.org/10.1186/s40643-018-0233-5
(3) Ghosh A, Kiran B, Carbon Concentration in Algae: Reducing CO2 From Exhaust Gas,
Trends in Biotechnology, 35 (9), (2017), 806-808
, https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2017.05.003
(4) Beal, C. M., Archibald, I., Huntley, M. E., Greene, C. H., & Johnson, Z. I. (2018). Integrating Algae with Bioenergy Carbon Capture and Storage (ABECCS) Increases Sustainability. Earth’s Future, 6, 524– 542. https://doi.org/10.1002/2017EF000704
(5) Wikipedia: Algen
(6) Encyclopedia Britannica Blaugrüne Algen
(7) Guiry, M, How many species of algae are there?. Journal of Phycology. 48 (2012). 10.1111/j.1529-8817.2012.01222.x.
(8) Algenladen: Unsere Algen
(9) Seppic: Marine Biotechnologie
(10) Rath B, Commercial and industrial applications of micro algae – A review. J. Algal Biomass Utln. (2012),. 3. 89-100.   
(11) Spolaore P, Joannis-Cassan C, Duran E, Isambert A, Commercial applications of microalgae, Journal of Bioscience and Bioengineering,
101 (2), (2006), 87-96
https://doi.org/10.1263/jbb.101.87.
(12) Bluebiotech
(13) Subitec: Über subitec
(14) Pozharitskaya ON, Obluchinskaya ED, Shikov AN. Mechanisms of Bioactivities of Fucoidan from the Brown Seaweed Fucus vesiculosus L. of the Barents Sea. Marine Drugs. 2020; 18(5):275. https://doi.org/10.3390/md18050275
(15) Kim JH, Lee J-E, Kim KH, Kang NJ. Beneficial Effects of Marine Algae-Derived Carbohydrates for Skin Health. Marine Drugs. 2018; 16(11):459. https://doi.org/10.3390/md16110459
(16) Pereira L. Seaweeds as Source of Bioactive Substances and Skin Care Therapy—Cosmeceuticals, Algotheraphy, and Thalassotherapy. Cosmetics. 2018; 5(4):68. https://doi.org/10.3390/cosmetics5040068
(17) Mourelle ML, Gómez CP, Legido JL. The Potential Use of Marine Microalgae and Cyanobacteria in Cosmetics and Thalassotherapy. Cosmetics. 2017; 4(4):46. https://doi.org/10.3390/cosmetics4040046
(18) Morais T, Cotas J, Pacheco D, Pereira L. Seaweeds Compounds: An Ecosustainable Source of Cosmetic Ingredients? Cosmetics. 2021; 8(1):8. https://doi.org/10.3390/cosmetics8010008
(19) Joshi S , Kumari R, Upasani V, Applications of algae in cosmetics: an overview. International Journal of Innovative in Science, Engineering and Technology. 7. 1269-1278. (2018) 10.15680/IJIRSET.2018.0702038.
(20) Michalak, I., Dmytryk, A. and Chojnacka, K. (2020). Algae Cosmetics. In Encyclopedia of Marine Biotechnology, S.-K. Kim (Ed.). https://doi.org/10.1002/9781119143802.ch3
(21) Kim, S.-K. (2014), Marine cosmeceuticals. J Cosmet Dermatol, 13: 56-67. https://doi.org/10.1111/jocd.12057
(22) GCI Magazine: Tetraselmis suecica Wirkung
(23) Symrise: SymcotrolR für gesundes Haar
(24) Christaki E, Bonos E, Florou-Paneri P, Chapter 14 – Innovative Microalgae Pigments as Functional Ingredients in Nutrition,
Editor(s): Se-Kwon Kim, Handbook of Marine Microalgae, Academic Press (2015), 233-243, ISBN 9780128007761
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-800776-1.00014-5.
(25) Fu W, Nelson DR, Yi Z, Xu M, Khraiwesh B, Jijakli K, Chaiboonchoe A, Alzahmi A, Al-Khairy D, Brynjolfsson S, Salehi-Ashtiani K, Chapter 6 – Bioactive Compounds From Microalgae: Current Development and Prospects,
Editor(s): Atta-ur-Rahman,Studies in Natural Products Chemistry, Elsevier (2017), Volume 54, 199-225, ISBN 9780444639295,

https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63929-5.00006-1.
(26) Apone F, Barbulova A, Colucci MG, Plant and Microalgae Derived Peptides Are Advantageously Employed as Bioactive Compounds in Cosmetics, Frontiers in Plant Science 10 (2019) 756 DOI=10.3389/fpls.2019.00756
(27) Alishah Aratboni, H., Rafiei, N., Garcia-Granados, R. et al. Biomass and lipid induction strategies in microalgae for biofuel production and other applications. Microb Cell Fact 18, 178 (2019). https://doi.org/10.1186/s12934-019-1228-4
(28) Mimouni V, Couzinet-Mossion A, Ulmann L, Wielgosz-Collin G,Chapter 5 – Lipids From Microalgae, Editor(s): Ira A. Levine, Joël Fleurence,
Microalgae in Health and Disease Prevention, Academic Press (2018), 109-131
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-811405-6.00005-0.
(29) Lubrizol: Algenöl
(30)  Pacheco-Quito E-M, Ruiz-Caro R, Veiga M-D. Carrageenan: Drug Delivery Systems and Other Biomedical Applications. Marine Drugs. 2020; 18(11):583. https://doi.org/10.3390/md18110583
(31) McKim JM, Willoughby JA, Blakemore WR, Weiner M, Gastrointestinal Tract Digestion and Carrageenan: How Misconceptions have influenced the Understanding of Carrageenan Safety. Journal of Nutritional Biology (2019) 364-376. 10.18314/jnb.v5i1.1792.
(32) Pangestuti R, Siahaan EA, Kim SK. Photoprotective Substances Derived from Marine Algae. Mar Drugs. 2018 Oct 23;16(11):399. doi: 10.3390/md16110399.
(33) Pimentel FB, Alves RC, Rodrigues F, P. P. Oliveira MB. Macroalgae-Derived Ingredients for Cosmetic Industry—An Update. Cosmetics. 2018; 5(1):2. https://doi.org/10.3390/cosmetics5010002
(34) Algatech: Our Microalgae
(35) Pinkmelon: Rohstoffe aus dem Meer
(36) Bioökonomie: Mikroalgen als Energielieferanten (2011)
(37) DejaYu: Strivectin kosmetisch oder pharmazeutisch?
(38) DejaYu: Mit Dreck heilen

Bildnachweise

Titelbild https://www.shutterstock.com/de/image-photo/algae-biofuel-tube-biotech-laboratory-photobioreactor-1470592628

Abbildung 1 https://www.shutterstock.com/de/image-illustration/singlecell-algae-lipid-droplets-biofuel-production-688803646

Alle anderen Abbildungen sind eigene Werke, verwendbar unter der creative commons lizenz CC BY-SA 3.0

Teile diesen Beitrag

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.