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Nobelpreis für Chemie:So kam die Evolution ins Reagenzglas

  • Den diesjährigen Nobelpreis für Chemie teilen sich Frances Arnold (USA), George Smith (USA) und Gregory Winter (Vereinigtes Königreich).
  • Die Forscher haben Prinzipien der Evolution gekapert und beschleunigt. So lassen sich maßgeschneidert Enzyme und Antikörper herstellen.
  • Mithilfe der Technik wurden schon neue Medikamente entwickelt, und Antikörper, die gegen Krebs helfen.

Bescheidenheit ist nicht jedem Nobel-Laureaten zu eigen, doch der Emeritus George P. Smith von der University of Missouri-Columbia gehört zu den Demütigen. "So ziemlich jeder Nobelpreisträger weiß, dass das, wofür er den Preis bekommt, auf Vorgängern aufbaut", sagte Smith am Mittwoch. Selten allerdings war der Rückgriff auf große Vorgänger so klar wie in diesem Jahr.

Den Nobelpreis für Chemie 2018 erhält zu einer Hälfte die amerikanische Biochemikerin Frances Arnold vom Caltech im kalifornischen Pasadena, die zweite Hälfte des Preises teilen sich Smith und der Brite Sir Gregory Winter von der University of Cambridge. Laut Nobelpreiskomitee in Stockholm erhalten die drei Forscher den Preis dafür, "die Kraft der Evolution nutzbar gemacht" zu haben. Demnach baut ihr Werk auf niemand Geringerem auf als auf Charles Darwin, dem Begründer der Evolutionstheorie - dem Forscher, der erstmals beschrieb, wie die atemberaubende Vielfalt des Lebens entsteht.

Evolution erklärt, wie Fortpflanzung, Variation und die natürliche Auswahl aus zuvor eng verwandten, äußerlich gleichen Lebewesen neue Arten entstehen lassen. Mehr als eine Milliarde verschiedene Tiere und Pflanzen sind in den letzten 600 Millionen Jahren entstanden, schätzen Wissenschaftler, zusammen mit Bakterien und den nicht als Lebewesen geltenden Viren existieren heute vermutlich 1000 Milliarden Spezies auf der Erde.

Evolution findet statt, wenn Proteine sich verändern - dieses Prinzip haben die Forscher gekapert

Erst in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts jedoch begannen Wissenschaftler, die molekularen Mechanismen der Evolution zu verstehen. So konnten Genetiker nach der Entdeckung der Erbsubstanz DNA und ihrer Struktur im Jahr 1953 erkennen, dass die natürliche Variation von Eigenschaften in Lebewesen durch Mutationen entsteht, durch zufällige Veränderungen im Erbgut. Zudem wurde deutlich, dass nicht jede Mutation eine neue Eigenschaft hervorruft. Mutationen wirken nur, wenn sie ein Gen oder seine Kontrolleinheit betreffen. Folgen haben sie, wenn das Produkt des mutierten Gens - fast immer ein Eiweiß - danach anders funktioniert als vorher. Mit anderen Worten: Evolution findet statt, wenn Proteine sich verändern.

Es ist dieses Prinzip, das die drei Nobelpreisträger für die Forschung gekapert und massiv beschleunigt haben. Was gar nicht so kompliziert klingt, die Natur macht es ja seit Jahrmillionen vor. Doch wer versucht, Proteine mit ganz bestimmten Eigenschaften zu entwickeln, steht vor zwei Problemen: Anders als Gene, die sich im Labor nach Wunsch zusammensetzen lassen, können Wunscheiweiße aufgrund ihrer komplexen Struktur nicht einfach künstlich geschaffen werden. Das zweite Problem ist, dass man dank Genetik zwar viele Gene von Eiweißen kennt. Nur in seltenen Fällen ist jedoch klar, welche Veränderung in den Genen welche Wirkung hat.

Der heute 62-jährigen Frances Arnold gelang es vor 26 Jahren, diese Probleme zu lösen und erstmalig eine gerichtete, also gesteuerte Evolution von sogenannten Enzymen im Labor darzustellen. Enzyme sind Eiweiße, die biochemische Reaktionen in lebenden Organismen beschleunigen und steuern. Sie sind, wie Arnold es dem Wissenschaftsmagazin PloS beschrieb, die Macher des Lebens. "Wenn die Biologie dich wegen ihrer Eigenschaft fasziniert, Dinge erschaffen zu können, dann geht es ausschließlich um Enzyme."