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Chemie : Kopieren im Dienst des Lebens

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Nobelpreisträger Kornberg: „Der Anruf aus Stockholm war überwältigend” Bild: AP

Das ABC des Lebens, die Botschaft der Gene, wird mittlerweile recht gut verstanden. Zu verdanken ist das unter anderem dem Forscher Roger Kornberg. Für seinen Blick auf die Blaupausen der Erbsubstanz DNA hat er nun den Nobelpreis für Chemie erhalten.

          Manchmal fehlen einem die Worte. Alle 26 Buchstaben des Alphabets reichen dann nicht aus, das genau auszudrücken, was man sagen möchte. Um so erstaunlicher mutet es an, daß sich die grundlegende Sprache des Lebens, die Botschaft der Gene, auf nur vier Buchstaben stützt. A, C, G und T genügen, jene präzisen Informationen zu geben, die zur Entwicklung und für den reibungslosen „Betrieb“ von Organismen unabdingbar sind.

          Daß man heute recht gut verstehen kann, wie die in den Genen verschlüsselten Anweisungen gelesen und für die Zelle nutzbar gemacht werden, ist zum großen Teil den Arbeiten des amerikanischen Forschers Roger Kornberg zu verdanken. Dem an der Stanford University tätigen Wissenschaftler ist nun für seine Verdienste der diesjährige Nobelpreis für Chemie zuerkannt worden.

          „Nackter“ DNS-Strang als Matritze

          Die Buchstaben des genetischen Alphabets stehen für die vier Bausteine der Erbsubstanz - Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin. Ihre Abfolge ergibt einen Code für die Synthese von Proteinen. Damit die Zelle mit der Herstellung beginnen kann, muß die Information von den Genen zu den Eiweißfabriken übermittelt werden.

          Die daran beteiligten Vorgänge sind zunächst bei Bakterien untersucht worden. Man stellte fest, daß die Desoxyribonukleinsäure (DNS) in ihre beiden Stränge aufgetrennt wird. Dort findet der als Transkription bezeichnete Kopiervorgang statt.

          Ein „nackter“ DNS-Strang wirkt als Matritze für einen Strang aus Ribonukleinsäure (RNS), auf dem die Reihenfolge der Buchstaben komplementär zu derjenigen des Originals ist. Diese RNS dient den zellulären Eiweißfabriken als Vorlage. Entscheidende Bedeutung bei der Transkription kommt einem Enzym zu, der RNS-Polymerase. Sie benötigt für ihre Tätigkeit ein Hilfsmolekül, den Sigma-Faktor.

          Primitive Bakterienzelle

          Lange glaubte man, bei den Eukaryonten - jenen Organismen einschließlich des Menschen, die über kernhaltige Zellen verfügen - erfolge die Transkription ganz ähnlich wie in der vergleichsweise primitiven Bakterienzelle. Das sollte sich als Irrtum erweisen, was nicht zuletzt die Untersuchungen durch Roger Kornberg belegen. An die Stelle des Sigma-Faktors treten fünf Komplexe, die als allgemeine Transkriptionsfaktoren bezeichnet werden.

          Daß man sich den Eukaryonten erst recht spät zugewandt hat, liegt an deren schwerer Handhabbarkeit im Labor. Kornberg konnte schließlich Hefezellen für entsprechende Untersuchungen zugänglich machen. Belohnt wurde er durch den Nachweis eines weiteren Molekülkomplexes. Dieser sogenannte Mediator trägt dazu bei, daß in den Körperzellen immer nur die für das jeweilige Gewebe wichtigen Gene abgelesen werden.

          Das Gift des Knollenblätterpilzes

          Ein Meisterstück lieferte Kornberg zusammen mit anderen Forschern im Jahr 2001 ab. Er präsentierte Schnappschüsse der RNS-Polymerase während der Transkription. Dazu hatte man die Transkription gewissermaßen eingefroren. Von den fixierten RNS-Polymerasen ermittelten die Forscher die Struktur im atomaren Bereich.

          So konnten sie zeigen, daß das Enzym eine Tasche bildet, in die nur der zum jeweiligen DNS-Baustein komplementäre RNS-Baustein paßt. Eine Art Spiralfeder sorgt für die Fortbewegung entlang der DNS. An dieser Stelle entfaltet im übrigen das Gift des Knollenblätterpilzes seine Wirkung: Weil es die Feder blockiert, enden Transkription und Proteinsynthese - die Zelle stirbt ab.

          Roger Kornberg, geboren 1947 in St. Louis, ist Professor für Medizin an der Stanford University. Sein Vater, Arthur Kornberg, hat 1959 den Medizin-Nobelpreis für Studien zur DNS-Verdoppelung erhalten.

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