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Chemie-Nobelpreis 2015 Für die Untersuchungen zur DNA-Reparatur

Der Nobelpreis im Fachbereich Chemie ging 2015 an drei Erbgut-Forscher: Ausgezeichnet werden Tomas Lindahl, Paul Modrich und Aziz Sancar - für ihre Untersuchungen zu den Werkzeugen, mit deren Hilfe Zellen DNA reparieren.

Stand: 07.10.2015 | Archiv

Tomas Lindahl, Paul Modrich and Aziz Sancar | Bild: picture-alliance/dpa, Reuters (RNSP), Montage BR

Mit dem Nobelpreis im Fach Chemie wurden 2015 drei Erbgut-Forscher ausgezeichnet: Tomas Lindahl (Schweden), Paul Modrich (USA) und Aziz Sancar (USA/Türkei). Sie haben den Werkzeugkasten untersucht, mit dem Zellen DNA reparieren. DNA steht für Desoxyribonukleinsäure und wird auch DNS genannt. Das Biomolekül kommt in allen Lebewesen vor und beinhaltet die Erbinformation. Lindahl, Modrich und Sancar haben auf molekularer Ebene gezeigt, wie Zellen mithilfe von Proteinen beschädigte DNA reparieren und die genetischen Informationen schützen. Ihre Arbeit hat dazu beigetragen, zu verstehen, wie eine Zelle funktioniert. Außerdem hilft ihre Forschung dabei, neue Krebsmedikamente zu entwickeln. Der Preis war mit acht Millionen schwedischen Kronen dotiert - rund 850.000 Euro - und ging zu gleichen Teilen an die drei Forscher. Am 10. Dezember 2015 wurde er verliehen.

"Es sind sehr frühe Entdeckungen, die das Forschungsfeld geöffnet haben."

Claes Gustafsson, Nobel-Juror, zur Arbeit der drei Preisträger

Reparatursysteme verhindern komplettes Chaos

Täglich wird unsere DNA beschädigt - durch UV-Strahlung, freie Radikale und andere krebsbegünstigende Umstände. Aber auch ganz ohne solche Angriffe ist ein DNA-Molekül instabil. Jeden Tag können sich Tausende von spontanen Änderungen in einem Zellgenom ereignen. Auch wenn bei der Zellteilung DNA kopiert wird, können Schäden auftauchen. Komplettes Chaos bricht in unserem Genmaterial nur deshalb nicht aus, weil bestimmte molekulare Systeme ständig unsere DNA überwachen und reparieren. Wie einige dieser Reparatursysteme funktionieren, das haben die drei diesjährigen Nobelpreisträger gezeigt.

"Schäden an der DNA können sehr ernsthafte Folgen haben. Tomas Lindahl spekulierte, dass es ein Reparatursystem geben muss, und machte sich auf die Suche. Und er fand tatsächlich eines."

Claes Gustafsson, Nobel-Juror

Die DNA

Die DNA ist normalerweise in Form einer Doppelhelix aufgebaut. Sie besteht im Wesentlichen aus vier verschiedenen Bausteinen, den Nukleotiden. Jedes Nukleotid enthält unter anderem eine von vier organischen Basen: Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin. Sämtliche Infos zur Funktion und zum Aussehen eines Lebewesens sind in der DNA gespeichert. Beim Menschen sind es 23 väterliche und 23 mütterliche Erbgutabschnitte, die in der befruchteten Eizelle zusammenfinden. Aus dieser etwa zwei Meter langen Basis-DNA ensteht in vielen Milliarden von Zellteilungen eine große Menge Erbmaterial: Aneinandergefügt würde es etwa 250 Mal zur Sonne und wieder zurück reichen.

Leben ist abhängig von DNA-Reparaturmechanismen

Tomas Lindahl

Noch in den frühen 1970er-Jahren gingen Wissenschaftler davon aus, dass unsere DNA extrem stabil sei. Aber Tomas Lindahl hat bewiesen, dass unsere Erbinformation mit der Zeit immer schlechter wird - so sehr, dass die Entwicklung von Leben auf der Erde eigentlich unmöglich sein müsste. Aufgrund dieser Erkenntnis hat er dann das molekulare System entdeckt, das ständig dem Zerfall unserer DNA entgegenwirkt. Das von ihm beschriebene Reparatursystem "Base Excision Repair" (Basen-Exzisions-Reparatur) setzt an den Grundbausteinen der DNA, den Basen, an: Die Zelle entfernt einen fehlerhaften DNA-Baustein und ersetzt in korrekt. Mehrere Enzyme bearbeiten dabei den DNA-Strang: Sie schneiden das falsche Nukleotid aus und schließen die Lücke im Erbgut mit dem richtigen. Ohne die Korrektur würde sich der Fehler in der DNA in immer mehr Zellen ausbreiten. Tomas Lindahl ist 77 Jahre alt und emeritierter Gruppenleiter am Francis Crick Institute in Großbritannien.

"Ich wusste, dass ich über die Jahre für den Preis in Betracht gezogen worden bin, aber das sind hundert andere genauso. Ich fühle mich sehr glücklich und bin stolz darauf, heute ausgewählt worden zu sein."

Tomas Lindahl, der per Telefon zur Pressekonferenz zugeschaltet wurde

Zellinternes Reparaturkit schützt uns

Aziz Sancar

Aziz Sancar hat einen ähnlichen Mechanismus wie Tomas Lindahl beschrieben: Die "Nucleotide Excision Repair" (Nukleotid-Exzisions-Reparatur) - mit deren Hilfe es Zellen schaffen, UV-Schäden in der DNA zu reparieren: Spezielle Enzyme schneiden das beschädigte Stück des DNA-Strangs aus und ersetzen es. Dann kann die Zellteilung und die damit verbundene Verdopplung der DNA reibungslos ablaufen. Menschen, bei denen das Reparatursystem nicht richtig funktioniert, bekommen Hautkrebs, wenn sie sich exzessiv der Sonne aussetzen. Aziz Sancar, der die amerikanische und türkische Staatsbürgerschaft hat, ist 69 Jahre alt und Professor an der University of North Carolina School of Medicine in den USA. Mit Aziz Sancar wird in diesem Jahr erstmals ein Wissenschaftler geehrt, der aus der Türkei stammt.

"Sie haben mich dort schon immer gefragt, wann ich denn endlich den Nobelpreis gewinnen werde, also bin ich auch sehr glücklich für mein Land."

Aziz Sancar, der erste türkische Empfänger eines wissenschaftlichen Nobelpreises

Defekte im Reparatursystem begünstigen Krebs

Paul Modrich

Paul Modrich hat gezeigt, wie die Zellen Fehler korrigieren, die auftreten, wenn DNA während der Zellteilung kopiert wird. Der "Mismatch Repair" (Fehlpaarungs-Reparatur) genannte Mechanismus kann Unstimmigkeiten nach der Replikation reparieren und die Fehlerhäufigkeit um ein Tausendfaches verringern. Angeborene Defekte in diesem Reparaturmechanismus können zum Beispiel Dickdarmkrebs begünstigen. Paul Modrich wurde 1946 geboren und ist Professor an der Duke University School of Medicine im US-Staat North Carolina.

Für die Entwicklung neuer Krebstherapien

Wenn diese von den drei frischgebackenen Nobelpreisträgern beschriebenen grundlegenden Verfahren nicht oder nur unzureichend funktionieren, können verschiedene Krebsarten entstehen. Alle drei Forscher haben deshalb nicht nur fundamentale Erkenntnisse zur Funktionsweise unserer Zellen geliefert. Sondern auch Wissen, das zum Beispiel sehr gut zur Entwicklung neuer Krebsbehandlungen genutzt werden kann. Auch die Wirksamkeit von Chemotherapien könnte erhöht werden: Zellen wehren mit ihrem Reparaturmechanismus nämlich auch Chemotherapien ab, erklärt die Forscherin Nora Goosen von der Universität Leiden in den Niederlanden. Wenn man den Mechanismus besser versteht, könnten die Zellen davon abgehalten werden, gegen die Behandlung anzukämpfen.

"Die Grundlagenforschung der Preisträger des Chemie-Nobelpreises 2015 hat nicht nur unser Wissen darüber vertieft, wie wir funktionieren, sondern auch zur Entwicklung lebensrettender Therapien beigetragen."

Erklärung des Nobelkomitees am 7.10.2015

Deutsche Giftmischer & Querdenker

Chronik: Chemie-Preisträger der vergangenen Jahre

  • 2014: Stefan Hell (Deutschland), Eric Betzig und William Moerner (beide USA) für ihre Entwicklungen in der hochauflösenden Lichtmikroskopie
  • 2013: Martin Karplus, Michael Levitt und Arieh Warshel (alle USA) für ihre Entwicklung von Computer-Modellen komplexer chemischer Systeme
  • 2012: Robert J. Lefkowitz (USA) und Brian K. Kobilka (USA) für die Entdeckung der Wirkungsweise G-Protein-gekoppelter Rezeptoren in Zellen
  • 2011: Dan Shechtman (Israel) für die Entdeckung der Quasikristalle
  • 2010: Richard F. Heck (USA), Ei-ichi Negishi  (Japan) und Akira Suzuki (Japan) für die Verbindung von Kohlenstoffatomen zu komplexen Molekülen
  • 2009: Venkatraman Ramakrishnan (USA), Thomas A. Steitz (USA) und Ada E. Jonath (Israel) für die Forschung zur Erbinformation in den Proteinen
  • 2008: Der in den USA forschende Japaner Osamu Shimomura und die beiden US-Amerikaner Martin Chalfie und Roger Tsien für die Entdeckung des grün fluoreszierenden Proteins GFP.
  • 2007: Gerhard Ertl (Deutschland) für seine Arbeiten zu chemischen Prozessen auf festen Oberflächen. Damit habe er die Grundlagen für die moderne Oberflächenchemie geschaffen.
  • 2006: Roger D. Kornberg (USA) für die Erforschung, wie die Zelle aus dem Bauplan in den Genen fertige Proteine herstellt.
  • 2005: Yves Chauvin (Frankreich), Robert H. Grubbs (USA) und Richard R. Schrock (USA) für die Entwicklung neuer Reaktionswege in der organischen Chemie, unter anderem zur Produktion von Plastik und Arzneien.
  • 2004: Aaron Ciechanover und Avram Hershko (beide Israel) sowie Irwin Rose (USA) für die Entdeckung eines lebenswichtigen Prozesses zum Abbau von Proteinen im Körper.
  • 2003: Peter Agre (USA) und Roderick MacKinnon (USA) für die Erforschung von Ionen- und Wasserkanälen der Körperzellen.
  • 2002: John B. Fenn (USA), Koichi Tanaka (Japan) und Kurt Wüthrich (Schweiz) für ihre Methoden zum Vermessen von biologischen Molekülen.
  • 2001: William S. Knowles (USA), Barry Sharpless (USA) und Ryoji Noyori (Japan) für die Beschreibung neuer Katalysatoren.

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