Von Franziska Badenschier
Es ist wahrlich die "wichtigste chemische Entdeckung", wenn auch keine aus dem letzten Jahr: Roger Kornberg hat die lebenswichtigen Prozesse beim Vervielfältigen der Erbsubstanz sichtbar gemacht - und einzigartige Bilder veröffentlicht.
Der Vater hatte es vorgemacht: Vor 47 Jahren gewann Arthur Kornberg den Medizin-Nobelpreis - für seine Studien darüber, wie genetische Informationen von einem DNA-Molekül zum nächsten, von der Mutterzelle zu den Tochterzellen weitergegeben werden. Der Sohn hat es nun nachgemacht: Roger D. Kornberg, so wurde am heutigen Mittwoch bekanntgegeben, wird mit dem Chemie- Nobelpreis ausgezeichnet - für seine Arbeiten auf einem Forschungsgebiet, für das sein Vater den Grundstein legte: die Transkription in den Zellen höherer Organismen.
Cramer, Kornberg/ Science Bild à la Chemie-Nobelpreisträger: Kornberg hat Biomoleküle kristallisiert, mit Röntgenstrahlen aufgenommen und die Fotos dann im Computer bearbeitet
Kornberg junior konnte als erster zeigen, wie genetische Informationen im Zellkern kopiert und an andere Stellen der Zelle transportiert werden. Dabei hilfreich waren dem 59-Jährigen seine einzigartigen kristallografischen Bilder. Doch die waren für die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften nicht das Ausschlag gebende Kriterium, Kornberg die höchste wissenschaftliche Auszeichnung zu verleihen. Vielmehr erfüllte der US-amerikanische Chemiker genau die Anforderung, die Alfred Nobel in seinem Testament für den Nobelpreis in dieser Kategorie festhielt: Der Laureat sollte "die wichtigste chemische Entdeckung" gemacht haben. Der Chemiker von der kalifornischen Stanford University hat im Jahre 2000 einen lebenswichtigen Prozess sichtbar gemacht.
Detailblick auf den Kopierer des Lebens
Den Bauplan des Lebens - Erbsubstanz DNA - umzusetzen ist alles andere als einfach, dabei ist das lebenswichtig. In einem ersten Schritt - der Transkription - wird der Doppelstrang des DNA-Moleküls aufgetrennt und jeder der beiden Einzelstränge kopiert. Die dabei entstehenden Abschriften (messenger-RNA, kurz mRNA) verlassen den Zellkern. Im Zellplasma dienen die Einzelstränge aus mRNA dann als Anleitung für den Bau von Proteinen - Eiweiße, die fast alle Aufgaben des Lebens übernehmen. Die mRNA wird also regelrecht in Form von Proteinen übersetzt - weswegen man bei diesem zweiten Schritt von Translation spricht.
Gestörte Transkriptionsprozesse sind an menschlichen Krankheiten wie Krebs und Herzerkrankungen beteiligt. Und wenn die Transkription komplett angehalten wird, kann die genetische Information gar nicht mehr weitergegeben werden. Innerhalb weniger Tage würde der Organismus sterben. Das ist auch das Pinzip von giftigen Pilzen wie dem Knollenblätterpilz: Sein Gift blockiert das wohl wichtigste Enzym, das für die Transkription nötig ist: die RNA-Polymerase.
Dieses Enzym hält die DNA während der Transkription in der richtigen Position und verhindert, dass die passend zu den Einzelsträngen gebildete mRNA sich nicht mit dem DNA-Molekül verbindet. Roger Kornberg gelang es als erstem, diesen Prozess sichtbar zu machen. Dazu stellte er Kristalle aus den beteiligten Molekülen her und hielt diese mit Röntgenstrahlen in Bildern fest. Mit Hilfe dieser Fotos können Computer dann errechnen, wo im Molekül sich welches Atom befindet.
Kristallisiert und bestrahlt: So entstanden Bilder des Lebens
"Eine chemische Reaktion einzufangen, wenn sie gerade stattfindet, ist sehr schwierig. Um da Erfolg zu haben, reicht es nicht, ein guter Kristallograph zu sein", teilte die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften mit. Kornberg junior habe die Kristallographie mit biochemischem Fachwissen kombiniert.
Das Bild der RNA-Polymerase an einer DNA-Helix und dem wachsenden RNA-Strang daran gilt unter Experten als "Schnappschuss des Lebens". Kornberg hat viele solcher Bilder kreiert, unter anderem von DNA- und RNA-Molekülen sowie verschiedene Faktoren, die für den Transkriptionsprozess wichtig sind. Das Verfahren ist mittlerweile Standard - und wurde nun mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.
Für ihre Entdeckung in einem ähnlichen Bereich gab es vorgestern den diesjährigen Nobelpreis in der Kategorie Physiologie oder Medizin. Zellen mit falschen Kopien zu überlisten - das ist der Trick, für den die beiden US-Amerikaner Andrew Fire und Craig Mello ausgezeichnet wurden. Dank ihrer Forschung können heute einzelne Gene stummgeschaltet werden. Vielleicht arbeiten bald sogar Medikamente so.
Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften hat am Mittag den Träger des Nobelpreises für Chemie 2006 bekannt gegeben. Der Preis geht an den US-amerikanischen Biochemiker Roger Kornberg für seine Studien über die molekulare Grundlage der Transkription in Eukaryoten. Kornberg, geboren 1947, ist Medizin-Professor an der Stanford University in Stanford, Kalifornien. Der Preis wird am 10. Dezember in Stockholm verliehen und ist mit 1,1 Millionen Euro dotiert.

RNA Polymerase

Kronberg gehört zu den Chemikern, die wesentlich zur Erforschung der Grundprozesse des Lebens beigetragen haben. Sein Forschungsgebiet ist der Transkriptionsprozess, mit dem auf molekularer Ebene die in der DNS (also auf den Chromosomen) gespeicherten Informationen ausgelesen und anschließend innerhalb der Zelle zur Produktion von Proteinen benutzt werden. Der genetische Code des Zellkerns wird auf diese Weise (durch Transkription) spiegelbildlich umgeschrieben und in Form der so genannten Messenger-RNS „ausgegeben“. Dazu muss die als Doppelhelix vorliegende DNS zunächst aufgetrennt und ausgelesen werden. Dies geschieht durch spiegelbildliche Reproduktion der Basensequenz auf dem DNS-Strang. Diese Kopien (messenger-RNA, kurz mRNA) verlassen nun den Zellkern und liefern den Produktionszentren von Proteinen innerhalb der Zelle die Information, welche Aminosäuren in genau welcher Reihenfolge verkettet werden sollen, um ein bestimmtes Molekül zu erzeugen. Am Ende des Prozesses stehen große Eiweißmoleküle, eben die Proteine, die die Stoffwechselprozesse des Körpers aller Lebewesen mit Zellkern und Zellmembran – Eukaryonten oder Eukaryoten genannt – steuern. Die besondere Aufmerksamkeit Kronbergs galt dabei einem Enzym, das diesen Prozess der Weitergabe von Information überwacht, der RNA-Polymerase. Wie im wahrsten Sinne elementar das einwandfreie Funktionieren dieses Prozesses ist, der von der RNS-Polymerase überwacht wird, zeigt das Beispiel „Knollenblätterpilz“: Sein Gift blockiert genau dieses Enzym, die RNA-Polymerase. Der Transkriptionsprozess kommt zum Erliegen. Innerhalb weniger Tage führt das Gift dieses und anderer Pilze zum Tode.

Schematische Darstellung eines RNA-Abschnitts

So ungewöhnlich komplex der Forschungsgegenstand an sich schon ist, so außergewöhnlich waren auch die Methoden, mit denen Kronberg den Einzelheiten dieses biochemischen Grundprozesses nachspürte. Aus den stofflichen Bestandteilen der an dem Prozess der Transkription beteiligten Moleküle stellte Kronberg Kristalle her und fotografierte sie mit Hilfe von Röntgenstrahlen. Durch diese so genannten „Schnappschüsse des Lebens“ war es Kronberg im Jahr 2000 gelungen, die chemischen Reaktionen auf engstem zellulären Raum fotografisch abzubilden und damit zugänglich für die Forschung zu machen. Er eröffnete so bahnbrechende Einblicke in die Welt der biochemischen Grundprozesse in jeder einzelnen Zelle von ein- und mehrzelligen Lebewesen – also eigentlich fast aller Lebewesen.

Diese wissenschaftliche Leistung wurde vom Nobelpreiskomitee für preiswürdig befunden, das schon 1959 den Vater des diesjährigen Nobelpreisesträgers für Chemie für eine Leistung im gleichen Fachgebiet mit der höchsten wissenschaftlichen Auszeichnung geehrt hatte: Arthur Kronberg hatte den Prozess der Vervielfältigung der im Zellkern liegenden DNA erforscht. Diese Vervielfältigung ist notwendig, damit bei der Zellteilung beide Tochterzellen über die gleichen Erbinformationen verfügen.