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Die Preisträger brachten Farbe ins Labor

Ein Japaner und zwei US-Forscher erhalten dieses Jahr den Nobelpreis für Chemie. Sie erforschten das leuchtende Protein einer Qualle; heute ist es ein «Star in der Biochemie».

Die Qualle Aequorea victoria lebt im Pazifik, an der Westküste der USA. Ihr Leuchtprotein ist weltberühmt.
Die Qualle Aequorea victoria lebt im Pazifik, an der Westküste der USA. Ihr Leuchtprotein ist weltberühmt.
Keystone

Als der Japaner Osamu Shimomura die Überreste seines Experiments in den Ausguss schüttete, erlebte er 1961 sein blaues Wunder: Er sah plötzlich einen Lichtblitz. Vor seinen Augen muss eine chemische Reaktion stattgefunden haben, dachte er. Doch warum hatte er ein blaues und kein grünes Leuchten gesehen? Er hatte zerdrückte Quallen der Art Aequorea victoria entsorgt – und diese leuchten bei bestimmten Lichtverhältnissen grün. Osamu Shimomura, der aus Japan in die USA gekommen war, klärte den Mechanismus auf, mit dem diese Quallen an ihren Rändern grün leuchten. Doch dass er ein inzwischen weltberühmtes Protein entdeckt hatte, das ihm gestern den Nobelpreis für Chemie einbrachte, hatte er sich zu der Zeit nicht träumen lassen.

Shimomura fand in der Qualle zwei Proteine, die am Leuchten des Meeresbewohners beteiligt sind. Das eine, Aequorin, löste den blauen Lichtblitz aus, den er im Ausguss sah. Doch zum «Star in der Biochemie», wie die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften schreibt, wurde ein anderes Protein der Qualle: das grün fluoreszierende Protein, kurz GFP.

Krebszellen werden sichtbar

Mithilfe des GFP können Forscher heute die verschiedensten Abläufe in der Zelle sichtbar machen. Sie hängen zum Beispiel das Gen des Leuchtproteins an eines, das sie untersuchen wollen, und können dann unter dem Mikroskop den grün leuchtenden Weg des ursprünglich unsichtbaren Prozesses verfolgen. Dabei ist es egal, ob ein Wissenschaftler herausfinden möchte, wie sich Blutzellen entwickeln, wie sich Krebszellen verbreiten oder wie Nervenzellen miteinander in Kontakt treten. Keine andere kürzlich gemachte Entdeckung habe einen so grossen Einfluss auf die Experimente in den biologischen Wissenschaften gehabt wie das GFP, schreibt das Nobelpreiskomitee.

Der heute 80-jährige Shimomura, der am Meeresbiologischen Laboratorium in Woods Hole, Massachusetts, geforscht, aber nie die amerikanische Staatsbürgerschaft angenommen hat, schuf die Grundlagen für diesen Boom.

Martin Chalfie von der Universität von Columbia in New York, der zweite Preisträger, hörte 1988 erstmals von dem leuchtenden Protein. Er war sofort fasziniert. Der 61-jährige Chalfie untersucht die Entwicklung von Nervenzellen beim Rundwurm Caenorhabditis elegans, einem klassischen Modellorganismus. Das GFP wäre doch ein wunderbares Werkzeug, um in dem Wurm die zellulären Abläufe anzuschauen, dachte sich Chalfie. Vorteilhaft war, dass der nur wenige Millimeter kleine Wurm durchsichtig ist, sodass das Protein gut zu sehen sein müsste. Allerdings war bisher erst das Protein bekannt, das Shimomura aus 10'000 Quallen extrahiert hatte. Das dazugehörige Gen fand später Douglas Prasher vom Ozeanografischen Institut in Woods Hole.

Chalfies Team gelang es, das Gen in einen anderen Organismus einzubauen, wo es tatsächlich seine Funktion erfüllte: Unter dem Mikroskop tummelten sich grüne Bakterien, als sie mit ultraviolettem Licht angestrahlt wurden. Chalfie schleuste das leuchtende Protein dann in die Würmer ein, bei denen daraufhin spezielle Nervenzellen leuchteten. Wichtig war, dass das GFP für die Tiere nicht schädlich ist. Das Leuchten beeinträchtigt sie nicht.

Der jüngste Preisträger, der ebenfalls ein Drittel des Preisgelds von insgesamt rund 1,6 Millionen Franken erhält, ist Roger Tsien. Der 56-jährige New Yorker forscht an der Universität von Kalifornien in San Diego. Er hat den Mechanismus des fluoreszierende Proteins so erforscht, dass er sogar dessen Leuchtkraft verstärken konnte. Dazu tauschte er einige Bausteine des Proteins aus, wichtige Aminosäuren. Zusätzlich erweiterte Tsien die Farbpalette des GFP. Inzwischen gibt es so viele Varianten, dass Forscher fast wie Maler künstlerisch Zellen in den verschiedensten Farben erstrahlen lassen können.

Das GFP und seine farbigen Verwandten haben bereits ganze Organismen zum Leuchten gebracht. Sogar Schweine leuchteten schon grün unter UV-Licht. Solange die Farben dazu dienen, um einen Vorgang wissenschaftlich zu klären, seien sie gerechtfertigt, äusserte sich Tsien am Telefon an einer Pressekonferenz diplomatisch. Was er von den zum Leuchten gebrachten Zierfischen hält, sagte er nicht.

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