Wir alle wollen bessere Waschmittel, umweltfreundliche Bio-Treibstoffe, wirksamere Medikamente. Der Chemie-Nobelpreis in diesem Jahr geht an drei Proteinforscher, die genau daran arbeiten.
Frances Arnold teilt sich das Preisgeld mit dem Forscher-Duo George Smith und Sir Gregory Winter. Alle drei wurden dafür ausgezeichnet, dass sie die Evolution ins Labor geholt haben. Sie kopierten die Prozesse der Natur und machten sie um ein Vielfaches schneller.
Zielgerichtete Evolution
In der Natur wirkt die Evolution äusserst langsam: Über teils Millionen von Jahren wählt sie diejenigen Organismen aus, die am besten in ihre Umwelt passen. «Die Forscher haben dieses Prinzip aufgegriffen und stark beschleunigt im Reagenzglas nachgebildet», so SRF-Wissenschaftsredaktor Thomas Häusler.
Die US-Amerikanerin Frances Arnold optimierte mit ihrer Forschung Enzyme. Das sind molekulare Maschinen in unseren Zellen und Beschleuniger für viele chemische Reaktionen. Doch wie konnte man sie noch besser nutzen? Die Grundlage dafür legte die heute 62-jährige Arnold im Jahr 1993.
Massgeschneiderte Enzyme
Arnold stellte von einem bestimmten Enzym enorm viele Varianten her und suchte diejenige heraus, das eine ganz bestimmte chemische Reaktion am besten durchführen konnte. Auf Basis dieses verbesserten Enzyms stellte sie weitere Varianten her und wiederholte den Auswahlprozess – und zwar so lange, bis sie mit dem Ergebnis zufrieden war. Und es hatte sich gelohnt: Ihr Top-Performer war 256 Mal besser als die ursprüngliche Variante.
Mittlerweile haben Enzyme, die mit diesem Verfahren optimiert werden, eine bis tausendfach bessere Leistung. Zum Einsatz kommen solche Enzyme vor allem in der chemischen Industrie. Waschmittel werden leistungsfähiger, Biotreibstoffe umweltfreundlicher – aber auch Medikamente gegen Diabetes oder Gefässverkalkung wurden damit bereits entwickelt.
Bakterien als Proteinfabrik
Die andere Hälfte des Nobelpreises geht an zwei Forscher, die die Evolution auf ganz ähnliche Weise beschleunigt haben.
Der Kanadier George P. Smith schleuste mit Bakteriophagen – speziellen Viren – ganz bestimmte Gene in Bakterien ein. Je nach Gen stellten die infizierten Bakterien danach verschiedene Proteine her.
In einem besonderen Prozess, den er Phagen-Display nannte, schaffte es Smith, aus Tausenden Varianten das Protein mit den besten Eigenschaften herauszufischen – viel schneller und gezielter, als es zuvor im Labor möglich gewesen wäre.
Therapien gegen Arthritis und Reizdarmsyndrom
Das schuf die perfekte Grundlage für die Forschung von Sir Gregory Winter. Er suchte gezielt nach Antikörpern – Proteinen, die das Immunsystem herstellt – und entwickelte das Verfahren weiter. Seinen ersten grossen Wurf machte er 1990: Er erzeugte einen Antikörper, der für die Behandlung einiger Autoimmunerkrankungen eingesetzt werden konnte.
Heute können dank der Forschung von Smith und Winter rheumatische Arthritis, Schuppenflechte oder das Reizdarmsyndrom besser behandelt werden. In der Krebsforschung wurden Antikörper gefunden, die Immunzellen dazu animieren, einen Tumor anzugreifen. Die grosse Hoffnung der Forscher derzeit: einen Antikörper gegen Alzheimer finden.
«Die nun ausgezeichneten Methoden sind beeindruckend, weil sie enorm viele Möglichkeiten eröffnen», so SRF-Wissenschaftsredaktor Thomas Häusler. Es werde dadurch noch viele neue Enzyme und Antikörper geben, die die Chemie und Medizin verbessern.
