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Nobelpreis für Wurmforscher

07.10.2002
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Nobelpreis für Wurmforscher

von Ulrike Wagner, Eschborn

Der diesjährige Medizin-Nobelpreis geht an drei Wissenschaftler, die sich einen Fadenwurm für ihre Forschung ausgesucht haben. Beim Modellorganismus Caenorhabditis elegans entdeckten sie den programmierten Zelltod.

Die Arbeiten der drei Preisträger Sydney Brenner, John Sulston und Robert Horvitz (55) haben die Grundlage für das Verständnis der genetischen Regulation von Organentwicklung und des programmierten Zelltods (Apoptose) gelegt, begründet das Karolinska-Institut in Stockholm, das die Preisträger nominiert, die Entscheidung. Ihre Entdeckungen lieferten zum Beispiel die Basis innovativer Ansätze für die Krebstherapie.

Dem Briten Brenner war im Gegensatz zu vielen Kollegen schon in den frühen 60er-Jahren klar, dass die Zellen höherer Organismen viel zu komplex reguliert sind, um Grundlagen der Differenzierung und Organentwicklung zu untersuchen. Er begab sich auf die Suche nach einem genetisch leicht zu analysierenden vielzelligen Organismus, der einfacher organisiert ist als Säugetiere. Seine Wahl fiel auf den Fadenwurm C. elegans. Der etwa einen Millimeter lange Wurm hat eine kurze Generationszeit. Genetische Veränderungen lassen sich dadurch leichter untersuchen. Außerdem ist er durchsichtig. Dadurch konnten die Forscher die Zellteilung unter dem Mikroskop beobachten.

Brenner, der damals in Cambridge forschte, beschrieb als erster eine Methode, um den Nematoden genetisch zu manipulieren. Er führte Veränderungen bei den Würmern auf bestimmte Gene zurück und brachte diese wiederum mit spezifischen Wirkungen auf die Organentwicklung in Zusammenhang. Die Kombination von genetischer Analyse und Beobachtung der Zellteilung im Mikroskop war die Grundlage der Entdeckungen, für die die Wissenschaftler mit dem Nobelpreis ausgezeichnet werden, schreibt das Karolinska-Insitut.

Zellstammbäume

Sulston, ebenfalls aus Großbritannien, entwickelte Methoden, um alle Zellteilungen von der befruchteten Eizelle bis hin zu der immer konstanten Zellzahl von 959 Zellen beim erwachsenen Wurm zu beobachten. Er stellte in einer Publikation von 1976 einen Zellstammbaum für einen Teil des Nervensystems auf und zeigte, dass die Entwicklung vorherbestimmt ist, jede Zelle ein bestimmtes Schicksal hat. Das heißt, dass jeder einzelne Wurm exakt dieselben Zellteilungen und Differenzierungen durchmacht wie seine Artgenossen – eine Besonderheit des winzigen Tiers.

In der Folge entdeckte Sulston, dass immer dieselben Zellen während der Entwicklung der Würmer absterben. Insgesamt entstehen 1090 Zellen, von denen 131 sterben. Er beschrieb diesen programmierten Zelltod (Apoptose) und entdeckte die ersten Gene, die daran beteiligt sind.

Selbstmordgene

Der dritte Preisträger, der US-Amerikaner Robert Horvitz, untersuchte dann, ob es ein genetisches Programm gibt, das die Apoptose kontrolliert. Er wurde fündig und identifizierte die ersten so genannten Selbstmordgene, die für den Ablauf des programmierten Zelltods unentbehrlich sind. Er fand auch Gene, die dafür sorgen, dass die Überreste der toten Zelle beseitigt werden. Horvitz entdeckte auch im menschlichen Genom Gegenstücke zu den Wurm-Selbstmordgenen. Heute ist bekannt, dass die meisten Gene, die bei C. elegans an der Apoptose beteiligt sind, auch ein Gegenstück beim Menschen haben.

Zelltod gehört zum Leben

Entwicklungsbiologen waren die ersten, die den programmierten Zelltod beschrieben. Sie beobachteten diesen Vorgang auch bei menschlichen Feten. Dort formt das Mesoderm zum Beispiel Gewebe zwischen den Fingern und Zehen. Die entsprechenden Zellen gehen dann jedoch durch den programmierten Zelltod zu Grunde, die Finger und Zehen werden so voneinander getrennt. Derselbe Mechanismus sorgt dafür dass die Vielzahl von Neuronen, die in den ersten Monaten im Gehirn des Fetus entstehen, eliminiert werden. Die Apoptose spielt jedoch nicht nur eine Rolle während der Embryonalentwicklung. In einem erwachsenen Menschen entstehen durch Zellteilung mehr als Tausend Milliarden Zellen täglich. Gleichzeitig sterben etwa gleich viele Zellen den programmierten Zelltod.

Die Entdeckungen der Nobelpreisträger werden heute nicht nur von Entwicklungsbiologen genutzt. Die Apoptose spielt zum Beispiel auch beim Eindringen von Viren und Bakterien eine Rolle. Bei Aids, neurodegenerativen Erkrankungen, Schlaganfall und Myokardinfarkten geht eine Vielzahl von Zellen zu Grunde - Ursache für die Symptome der Erkrankungen. Im Gegensatz dazu bleiben bei Autoimmunerkrankungen und Krebs Zellen am Leben, die eigentlich hätten sterben sollen. Wissenschaftler versuchen heute mit neuen Behandlungsstrategien das Selbstmordprogramm in Tumorzellen wieder anzuschalten.

 

Sydney Brenner
dpa 
Unter seinen Kollegen gilt Sydney Brenner (75) als ebenso scharfsinniger wie humorvoller Wissenschaftler. „Brenner ist ein absolutes Unikum und eine der kreativsten Personen in der Wissenschaft“, sagt Einhard Schierenberg, Professor am Zoologischen Institut der Universität Köln. Die wissenschaftliche Laufbahn des Forschers begann mit einem Studium an der Universität von Witwatersrand in Südafrika, dem Land, in dem Brenner auch seine Kindheit verbrachte. Später setzte er seine Karriere an britischen Forschungseinrichtungen in Oxford und Cambridge fort, unter anderem bei Francis Crick, der 1962 für die Entschlüsselung der DNA-Struktur den Nobelpreis erhalten hatte. „Er hat sich nicht an den Zeitgeist gehalten, sondern eigene Trends gesetzt“, sagt Ralf Sommer, einer der Direktoren am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen. Ausgerechnet einen Wurm zum Gegenstand der Forschung zu machen, erwies sich als ebenso mutig wie erfolgreich: „Mit seinen Ergebnissen hat er den Grundstein für entsprechende Erkenntnisse in der Humanmedizin gelegt“, sagt Dieter Gallwitz vom Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen.

Robert Horvitz
dpa  Robert Horvitz begann seine Forscherkarriere lange vor dem Studium. Er war gerade 14 Jahre alt, als er seine ersten Fliegen züchtete und Mutter Mary ihr Bad für die Experimente des Juniors räumen musste. „Der Geruch war fürchterlich“, gesteht der heute 55-Jährige ein, „und die Fliegen waren überall im Haus“. Der junge Horvitz hatte sich in der neunten Klasse der High School vorgenommen, Gregor Mendels Vererbungsgesetze an der Drosophila-Fliege nachzuweisen. Horvitz besann sich dann jedoch auf seine Liebe zu Zahlen und ging an das angesehene Massachusetts Institut of Technology (MIT) in Cambridge bei Boston, um theoretische Mathematik zu studieren. Doch auch die Biologie lockte ihn wieder. Mit zwei Diplomen in der Tasche, einem in Mathematik und dem zweiten in Wirtschaft, schloss er sich einem Team um James Watson an, der einen Nobelpreis für die Struktur-Aufklärung des Erbmaterials DNA bekommen hatte. Dort wollte er den Mechanismus des Bewusstseins ergründen, untersuchte jedoch stattdessen Zellvorgänge in dem Bakterium Escherichia coli. An der Cambridge Universität in England setzte er seine Zellstudien mit Hilfe von C. elegans fort. Dem Wurm blieb Horvitz bis heute treu.

John Sulston
dpa  Sir John Sulston (60) trägt Sandalen, einen weißen Vollbart und fährt einen klapprigen Gebrauchtwagen. Sein Vater war ein Pastor, seine Mutter eine Lehrerin. Das habe irgendwo in ihm die Überzeugung hinterlassen, dass es auch in der Wissenschaft um einen „Dienst an der Gesellschaft“ gehe. „Man tut Dinge nicht des Geldes wegen.“ Das hat sein Lebenswerk bestimmt. Die Erbgut-Karten des Menschen, das im Februar 2001 vorgelegte Material des Human-Genom-Projekts (HGP), entstanden unter wesentlicher Mitwirkung des von ihm von 1992 bis 2000 geleiteten Sanger Centre bei Cambridge. Für Sulston stand stets außer Frage, dass das gesamte Material - bei dem es schließlich um das Wesen und Sein des Menschen geht - kostenlos für jeden im Internet abrufbar sein müsse. Das HGP wetteiferte geradezu mit Verachtung mit der US-Biotech-Firma Celera Genomics und dessen Chef Craig Venter, der die Erbgutentschlüsselung als Geschäft ansah. Sulston: „Unmoralisch und widerwärtig.“

Nach einem Studium der organischen Chemie in Cambridge ging Sulston an das Salk Institute in La Jolla (Kalifornien). Er kehrte 1969 nach Cambridge zurück, ins Laboratory of Molecular Biology, jenem Institut, das für sich in Anspruch nimmt, als erstes die DNA-Struktur identifiziert zu haben. 30 Jahre lang beschäftigte er sich dort mit C. elegans. Als der Pharmakonzern Wellcome in Cambridge 1992 das Sanger Centre in Cambridge gründete, wurde Sulston dessen erster Leiter. 1998 veröffentlichte er die vollständige Genomsequenz von Caenorhabditis elegans, die erste eines mehrzelligen Lebewesens. Von dort aus war die Kartierung des menschlichen Erbgutes nur der letzte Schritt.

 

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