Von Joan Raymond Aus dem Arztarchiv
Nicht alle wissenschaftlichen Durchbrüche beginnen mit einer großen Idee. Manchmal kommt es nur darauf an, zur richtigen Zeit am richtigen Ort zu sein und die richtigen Fragen zu stellen.
Als der MIT-Wissenschaftler Phillip Sharp, PhD, begann, die Struktur von Adenoviren zu untersuchen - sie verursachen den Schnupfen und das Niesen bei Erkältungen - hätte er nie gedacht, dass er das Verständnis unserer Gene, dieser winzigen Teile des menschlichen Codes, die aus der DNA bestehen, völlig verändern würde.
Gene haben Wissenschaftler fasziniert, seit Gregor Mendel im 19. Jahrhundert jahrelang in einem Garten mit dem Anbau von Zuckererbsen beschäftigt war. Diese Gartenarbeit und Mendels unerbittliche Aufzeichnungen über das, was er dabei lernte, gaben Aufschluss darüber, was wir vererben - bei Menschen sind das Merkmale wie lockiges Haar oder blaue Augen, die wir von unseren Eltern erhalten.
Es führte auch zu der Erkenntnis, dass unsere Gene wie eine Art Kochbuch wirken, das die Rezepte für die Herstellung von Proteinen enthält, die alle dazu beitragen, dass unser Körper funktioniert.
Obwohl wir in den letzten 200 Jahren viel über unsere Gene gelernt haben, haben moderne Wissenschaftler immer noch viele Fragen.
Die Form der Dinge, die kommen werden
In den 1960er und 70er Jahren, als Sharp ein junger Forscher war, war die Wissenschaft bereit für neue Durchbrüche in der Genetik. Und als promovierter Chemiker wollte Sharp selbst Gene erforschen. Also stürzte er sich hinein.
Was dann kam, war ein bahnbrechender Moment.
Wenn ein Gen aktiviert oder "eingeschaltet" wird, wird die gesamte darin enthaltene Information in ein Protein umgewandelt, das eine bestimmte Aufgabe erfüllt. Damals dachte man, dass alle Gene, auch die der so genannten höheren Organismen - wie die des Menschen - so aussehen und sich so verhalten.
Dieses Denken sollte sich nun ändern.
Ein Schnupfen löst eine Revolution aus
Die Genstruktur des Menschen war etwas, worauf Sharp seit Jahren Antworten suchte.
Er beschloss, sich auf den Nieser verursachenden Adenovirus zu konzentrieren, der sich aufgrund seiner einfachen Struktur ideal für Studien eignet. Sharp wollte wissen, wo sich die verschiedenen Gene in diesem Virus befinden. Er glaubte, dass dies den Wissenschaftlern mehr Informationen über die Evolution liefern könnte.
Die Fachleute waren überzeugt, dass mehr Wissen über die Entwicklung der Genetik eine Reihe medizinischer Fragen beantworten könnte.
Sharp war nicht allein. Richard Roberts, PhD, forschte ebenfalls an der Genetik am Cold Spring Harbor Laboratory in Long Island, einer privaten Forschungseinrichtung. Als sie sich zusammentaten, veränderte dieses Tag-Team buchstäblich die Welt.
Wir wussten, dass sich die Lehrbücher ändern mussten.
In einer Reihe von Experimenten in den späten 1970er Jahren zeigten Sharp und Roberts, dass nicht der gesamte Code in Adenovirus-Genen nützlich ist. Ein Teil ist einfach da und nimmt ohne wirklichen Zweck Platz weg. Dieser Code wird heute als "Junk-DNA" bezeichnet. Um das Vorhandensein dieser beiden Arten von Code zu beschreiben, bezeichneten die Wissenschaftler die Gene als "gespalten".
"Wir wussten, dass sich die Lehrbücher ändern mussten, da es sich um eine bahnbrechende Erkenntnis in der Biologie handelte", lacht Sharp, Institutsprofessor am MIT. "Aber wir wussten nicht so recht, was als nächstes passieren würde."
Das stellte sich als die Entdeckung eines weiteren genetischen Prozesses heraus. Sharp und Roberts fanden heraus, dass der Körper die "Junk-DNA" löscht. Was übrig bleibt, wird kombiniert - oder zusammengespleißt - um den Zellen die Informationen zu geben, die sie für ihre Arbeit benötigen.
Ein biologisches Ausschneiden und Einfügen, wenn man so will.
Aber wie hilft dieses Wissen bei der Bekämpfung von Krankheiten? Von dieser Antwort war man noch einige Jahre entfernt.
Die Macht des Spleißens
Als das Spleißen entdeckt wurde, konnte niemand den Vorgang richtig verstehen. Die Wissenschaftler mussten einen Weg finden, ihn im Labor zu reproduzieren, um ihn genauer untersuchen zu können.
Das war der Zeitpunkt, an dem ein junger Student der Columbia University seine Arbeit aufnahm.
"Ich war davon fasziniert, denn es war ein Grenzfall", sagt Adrian Krainer, PhD.
Es dauerte 7 Jahre, aber Krainer fand einen Weg, den Prozess in einem Labor zu wiederholen. Dank seiner Arbeit wissen wir heute, dass einige Erbkrankheiten mit Problemen im Spleißprozess zusammenhängen. Das beste Beispiel ist die Thalassämie, eine Form der Anämie. Eine Gentherapie für diese Krankheit wird derzeit getestet.
Seine Belohnung für diese Entdeckung? Eine Stelle bei Roberts in Cold Spring Harbor, wo Krainer seither tätig ist.
"Rich Roberts war mein Mentor", sagt Krainer, jetzt St. Giles Foundation Professor für Molekulargenetik in Cold Spring Harbor.
Krainer befasst sich derzeit mit einer verheerenden Krankheit namens Spinale Muskelatrophie (SMA). Sie betrifft die Nerven, die Muskeln und Bewegungen steuern. Es wird angenommen, dass die Krankheit durch Gen-Splicing-Probleme verursacht wird.
Erste Studien waren vielversprechend, und jetzt testen Krainer und andere Forscher ein Medikament, das diese Probleme beheben könnte.
"Adrian [Krainer] hat eine führende Rolle in der Wissenschaft und bei der Umsetzung dieser Wissenschaft in eine mögliche Behandlung ... dieser schrecklichen Krankheit gespielt", sagt Sharp.
"Es ist demütigend und lohnend zu wissen, dass die Arbeit, die wir begonnen haben, auf diese Weise fortgesetzt wird."
Es ist noch lange nicht vorbei
1993 erhielten Sharp und Roberts den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für ihre Erkenntnisse über gespaltene Gene.
"Wir machen heute Dinge, die 1977 noch gar nicht möglich waren", sagt Sharp, der das Biotechnologieunternehmen Biogen (heute Biogen Idec) und das Frühphasen-Therapeutikaunternehmen Alnylam Pharmaceuticals mitbegründet hat. "Und wir werden nur dann keine Fortschritte machen, wenn wir uns gegen den Fortschritt wenden und den Status quo akzeptieren. Ich glaube nicht, dass das jemals passieren wird."
Sharp ist davon überzeugt, dass, wenn er und Roberts 1977 nicht die gespaltenen Gene entdeckt hätten, andere Labors dies ziemlich schnell getan hätten.
"Das Feld war bereit für die Entdeckung", lacht er. "Innerhalb weniger Monate nach unserer Entdeckung wussten die Leute überall, wo ich hinging, davon, aber sie erzählten mir auch von anderen Genen, die segmentiert und dann durch RNA-Spleißen exprimiert wurden.
"Ich fühlte mich ein wenig veraltet, aber das ist die Natur der Wissenschaft. Sie entwickelt sich immer weiter."
