Heute werde ich Ihnen etwas erzählen über Nobelpreise. Vor kurzem, vor zwei Wochen gab es den Nobelpreis für Chemie 2009.

Und dieser Nobelpreis ging an drei Kollegen bzw. Kolleginnen. An Diada Yonath, Anirvenki Ramakrishnan, das ist der Kollege hier unten, und an den Tom Stiles. Darum gibt es einen Nobelpreis für Chemie für etwas, was eigentlich wieder mehr mit Biologie zu tun hat und mit ganz essenziellen Fragen um Biologie.

Nun, wenn wir mal kurz zurückgehen, meinetwegen drei Jahre zurückgehen, dann sehen wir, dass der Nobelpreis für Chemie an Roger Kornberg gegangen ist. Der hat auf RNA-Polymerase gearbeitet und auch strukturelle Informationen geliefert. Sechs Jahre her, da ist der Nobelpreis an Peter Egel gegangen und an Roderick McKinnon ebenfalls für strukturelle Arbeiten auf Ionen kannten.

Also zurzeit sind wir in einer Phase, wo strukturelle Informationen über biologische Fundamentalprozesse unheimlich interessant sind. Hunderte, tausend Leute interessieren, die auch Auswirkungen haben könnten auf unser späteres Leben. Nun, vielleicht sollten wir erstmal schauen, was überhaupt so wichtig ist an dem Ribosom und warum der sogenannte Prozess der Translation, den das Ribosom unterstützt,

so wichtig ist für das Leben von allen Organismen auf der Welt. Und wenn wir uns den Prozess, nämlich der Translation, betrachten, was heißt das überhaupt? Translation kommt aus Lateinischen, heißt übertragen. Nun, was dort übertragen wird, ist die Erbinformation, die in Form von Nukleinsäuren gespeichert ist. Ich mach das hier mal so rein schematisch.

DNA, die wird, die ist unser Erträger unserer Erbinformation, die wird zunächst erstmal übertragen in ein Botenmolekül, in die sogenannte Messenger-RNA, Boten-RNA, durch den Prozess der Transkription, für den es, wie gesagt, den Nobelpreis vor drei Jahren gab an den Roger Kornberg.

Und dieses Jahr war der eben dran gewesen für den nächsten Prozess. Die Überschreibung von der Messenger-RNA, einer Nukleinsäure, in ein Polypeptid, in ein entsprechendes Protein, was teilweise sehr komplizierte Faltung annehmen kann, zum Beispiel katalytisch aktiv ist oder irgendwie für die Struktur wichtig ist.

Und die Translation, die wird katalysiert durch die komplexeste katalytische Maschinerie, die wir bisher kennen, das Ribosom. Nun, wie funktionieren Ribosomen? Nun, wenn wir Ribosomen uns anschauen, und das ist bereits erkenntlich schon vor 30 Jahren gewesen,

dann bestehen die aus einer großen Untereinheit und einer kleinen Untereinheit. Und was sie machen ist, sie nehmen wie bei einem Magnetleseband die Messenger-RNA zwischen ihre beiden Untereinheiten zwischen sich ein und übertragen, indem hier aktivierte Aminosäuren in Form von tRNAs angeliefert werden.

Und diese tRNAs passen jeweils mit einem entsprechenden Abschnitt hier, dem sogenannten Codon-Bereich, auf den entsprechenden Abschnitt auf unserer Messenger-RNA-Abfolge. Und man hätte so ein bisschen genauer, konnte schon vorher, bevor man diese Arbeiten von den drei Nobelpreisträgern gekannt hat,

konnte man schon sagen, die wandern hier rein, bitten hier an die A-Stelle, geben hier quasi, ich kann nicht so schön malen, das ist alles so kompliziert, hier, selbst in der vereinfachten Darstellung, geben hier die Aminosäure und an der Stelle davor sitzt noch entsprechend der Teil, der schon bereits sintetisiert worden ist,

der ist ebenfalls dann so eine tRNA, nennen Sie sich TransferRNA, TransferRNA, Sie sehen, das hat hier was mit Nukleinsäuren zu tun. Sie sind komplett in der Welt von Nukleinsäuren hier. Und hier sind schon vielleicht ein paar Peptide transynthetisiert, die werden dann übertragen auf diese Aminosäure.

Das Ganze ist eine Aminosäure länger, rutscht eine Raste weiter und der Prozess wiederholt sich. Was ist so wichtig bei dem Prozess der Translation, den wir vorher nicht verstanden haben, bevor diese drei Nobelpreisträger, Arda Ionath, Tom Steins und Venki Ramakrishnan ihre Arbeiten von nunmehr neun Jahren in drei Journalen ziemlich zeitgleich publiziert haben. Das war die Arbeit von Tom Steins in Science,

gefolgt von Arda Ionath und auch kurz darauf von Venki Ramakrishnan. Nun, was sie benutzt haben, war Röntgenkristallografie. Das heißt, was sie gemacht haben, was ihr Beitrag war, der ist vor allen Dingen Arda Ionath zu verdanken, der ersten Preisträgerin, ist, dass man Ribosome aus Bakterien isolieren kann

und wenn man sie schonend behandelt, sie auch kristallisieren kann. Echte Kristalle bildet, wo jede einzelne Einheit eines Kristalls aus einem gesamten Ribosom besteht. Und Ribosome sind riesige Komplexe. Die haben volare Massen von um die zwei Millionen Deuten herum. Das sind also Komplexe, die also zweihunderttausendmal schwerer sind,

meinetwegen, als es zum Beispiel ein Sauerstoffmolekül wäre. Nach so ungefähr jedenfalls. Ich sehe schon, sie können mir mal nachrichten, warum die Zahlen stimmt. Aber wie gesagt, unheimlich schwer sind und unheimlich kompliziert aufgebaut sind. Nun, es gelang, diese Kristalle zu erzeugen. Das war schon mal eine Überraschung gewesen. Üblicherweise würde man denken, bei so einer komplexen Maschinerie,

die so was Flexibles binden kann, wie eine Nukleinsäure und andere Nukleinsäure, diese Transferernasbinden, das könnte sehr flexibel sein. Das war nicht der Fall gewesen. Nun, Ada-Iona hatte damit in den 70er Jahren angefangen. Ende der 70er Jahre, soweit ich mich erinnern kann, und hatte diese Kristalle erhalten und sie haben alle ein bisschen den Röntgenstrahl gebeugt. Aber keine von denen hat Datensitze geliefert,

mit dem man eine Röntgenkristallstruktur rechnen kann. Nun, ein Hauptproblem war gewesen von Ada-Iona, die Kristalle sind sehr, sehr schnell kaputt gegangen. Sie hatte ultraintensive Synchrotransstrahlung benutzt, die innerhalb von wenigen Sekundenbruchteilen diese Kristalle zerstört haben. Nun, wir verdanken Ada-Iona, und das ist sicherlich einer der Gründe dafür, dass sie den Nobelpreis bekommt,

die Entwicklung von Methoden, die man solche empfindlichen Kristalle doch vermessen kann. Was sie gezeigt hatte, war, dass man Kristalle bei flüssigen Stickstofftemperaturen wegfrieren kann. Proteinenkristalle oder in diesem Fall diese Ribosomenkristalle und mit geeigneten Techniken im gekühlten Zustand vor den Synchrotransstrahl halten kann und damit komplette Datensitze bekommen kann.

Das war der Stand gewesen. Soweit war sie schon bereits Mitte der 90er Jahre. Sie hat allerdings keine Röntgenkristallstruktur lösen können von den Ribosomen. Nun, das ist der Zeitpunkt, wann die zweite Person hier auf den Plan getreten ist. Tom Stiles war schon ein sehr bekannter Proteinkristallograf gewesen, der sehr viele, auch sehr wichtige Strukturen

vorher schon gelöst hat und der irgendwann in den 90ern die Idee hatte, also es muss doch einen Grund geben, oder es muss doch möglich sein, diese auch sehr schwierigen Strukturen zu lösen. Und der hat dann ebenfalls parallel zu all der Jungen angefangen, dann Ribosomeneinheiten zu kristallisieren. Und war auch in der Tat kurz der erste gewesen, würde ich sagen, der die ersten Elektronenlichten,

die ersten Phasen, die ersten Strukturen dieses Ribosoms hinbekommt. Und der letzte bunte Venkiramakrishnan, der hatte wieder eine ganz andere Strategie angewandt. Venki, wenn ich mich nicht täusche, war am MRC in Cambridge ausgebildet worden, oder lange Zeit zumindest wissenschaftlich tätig. Und der hatte dann die Entscheidung getroffen, dass das Ribosom vielleicht schwer wäre,

dass man vielleicht zweigleisig fahren sollte. Er hat angefangen, sich auch die einzelnen Komponenten, die einzelnen Proteinkomponenten dieser Ribosomen rekommandant, also gentechnisch überzuproduzieren und deren Struktur zu untersuchen und parallel natürlich an dem langfristigen Projekt gearbeitet, komplette Ribosomenstrukturen zu erhalten. Nun interessant ist, trotz dieser unterschiedlichen Nährkommens, trotz dieser unterschiedlichen Volksschichten,

alle im gleichen Jahr, alle im Jahr 2000, haben letztlich Strukturen abliefern können. Es war also quasi nicht nur ein Wettlauf gewesen, sondern eher so noch zu einem gütlichen Ende gekommen, wie ich finde. Nun, was haben Sie gefunden? Vielleicht sieht man das ganz gut, wenn man sich das Bild auf dem Computermonitor hier anschaut. Sie haben die Strukturen vom Ribosom aufgeklärt und eine der ersten großen Überraschungen war gewesen.

Nicht nur, dass sie kompliziert sind, das war schon klar, sondern die wichtig, die Nukleinsäuren sind. Ribosomen, das wusste man vorher, bestehen zu über drei Vierteln aus Nukleinsäuren. Man hatte früher immer gedacht, Nukleinsäuren, das ist so eine Beitat für etwas, was vielleicht nur so irgendetwas einhüllt und verpackt, aber die wichtigen Prozesse würden von den Proteinkomponenten herstammen.

Wir werden mal auf die Strukturen hier schauen, die wir haben, die uns die Kollegen geliefert haben, dann sehen wir hier in Blau die entsprechenden Proteine und hier in Rot und in Weiß die entsprechenden Nukleinsäuren. Und man sieht auf den ersten Blick, es sind die Proteine, die unwichtig sind. Die bilden wie eine Art Bonbon-Papier

um den süßen Kern und die Verpackung für das Ribosom. Sie haben ursächlich mit der eigentlichen Funktion wenig zu tun. Die eigentliche Funktion, das Auslesen der Messenger-RNA, der Boten-RNA, erfolgt durch den RNA, durch den Ribonukleinsäureanteil der Ribosom. Man sieht das hier in diesem Bender-Modell ein bisschen schöner.

All dieses komplizierte helikalige Wusel, was Sie hier sehen, was ein bisschen größer ist, all das ist Nukleinsäure. Und hier am Rande gibt es so ein paar kleine Proteine, die das Ganze umhüllen und entsprechend verpacken. Dieser Befund hat auch Bedeutung für unser Verständnis vielleicht, wie Leben entstanden ist. Wir sehen, dass dieser Schlüsselprozess der Translation,

dass der zunächst erstmal durch Nukleinsäuren katalysiert wird, dass auch die Bildung der Peptitbindung durch Nukleinsäuren einzig unterstützt wird. Das aktive Zentrum liegt im Nukleinsäureanteil. Wir könnten uns also zurückdenken in der Fantasie zu einem Zeitpunkt von vor 4 Milliarden Jahren auf der Erde, wo vielleicht es die erste Form von Leben

gab, wo vielleicht allerdings nur Nukleinsäuren vorhanden waren, aus denen dieses Leben gestand. Und wo erst durch Ausbildungen dieser komplizierten Maschinerie es dann in diesen frühen Formen des Lebens gelungen ist, dann auch Aminesäuren zielgerichtet zu verknüpfen, um darauf vielleicht komplexere Strukturen zu bauen, die mehr können als Nukleinsäuren, die andere Aufgaben erfüllen können.

So, woraus unser heutiges Leben letztlich zusammensitzt. Denn, dass das überlegen ist, hat sich bewiesen daran, dass wir kein Leben mehr kennen, das einzig und allein auf Nukleinsäuren beruht. Und ich persönlich finde, als jemand, der selber Strukturbiologe ist, wenn ich hier auf diese Strukturen schaue, und hier im Moment mal, haben wir auch noch sowas hier im Hintergrund drauf,

ich verstehe das wirklich nicht, was ich dazu sehen habe. Können Sie sich vorstellen, da jede einzelne Base und ihre potenzielle Funktion letztlich nachvollziehen zu können, auch was vielleicht für komplizierte Teilfunktion dieses Ribusomen hat. Die Strukturen liefern uns also mehr Fragen, als sie vielleicht selber unmittelbar

Antworten liefern. Aber auch das ist wieder der Punkt, warum so eine Arbeit über Jahrzehnte hinweg, warum es schön ist, wenn die mit einem Nobelpreis letztlich gewürdigt wird. Denn ich glaube, wir werden auch manche Überraschungen erleben bei Ribusomen und den Prozessen, wie sie die Translation unterstützen.

Wichtiger wäre vielleicht auch der Punkt zu sehen, wo Ribusomestrukturen unmittelbar in der Anwendung landen. Und die Anwendung ist sicherlich zu sehen, dass viele Antibiotika, viele Wirkstoffe gegen Bakterien an diese Ribusomen binden. Die haben zum Beispiel in der großen

Untereinheit einen Tunnel reingebohrt, durch den das gerade wachsende Peptid sich quasi herausschlägt. Und es gibt einige Antibiotika, die in diesem Tunnel verstopfen. Da kommt da nichts mehr raus. Das ist wie wenn sie auf eine Flasche den Korken drücken. Und man kann da jetzt relativ genau das verstehen, wie das funktioniert. Man kann natürlich auch relativ genau vorhersagen, was für Änderungen die Fett an bestehenden Wirkstoffen

durchführen sollte, um diesen Tunnel besser zu verschließen. Das sind zum Beispiel die nützlichen Nebenwirkungen. Aber es gibt noch viele weitere Bindestellen für Antibiotika, diesen Ribusomen. Zum Beispiel da, wo die Therianars bilden, oder da, wo die Peptidbindung ausgebildet wird. Das ist ebenfalls bestandteil aktiver Forschung.