Das Erbgut des Menschen ist entschlüsselt. Neue Fragen warten. Nobelpreisträger diskutieren über Genom-Forschung…
Gewisser Idealismus liegt in der Luft. Ein: „Wir wollen die Welt verändern“. Viele Abende diskutieren sie über Ethik, Frauenrechte, Gesundheitssysteme in Entwicklungsländern oder ganz konkret, eine HIV-Impfung. „Eine rundum bereichernde Erfahrung“, resümiert Anna-Sophia Wahl, Mitte 20. Eines Morgens habe sie eine Nachricht auf ihrer Mailbox gehabt, das war 2008.
Vom Dekanat der Medizinischen Fakultät an der Universität Heidelberg, sie solle bitte zurückrufen. Man würde sie gerne für das jährliche Treffen der Nobelpreisträger am Bodensee nominieren. Lebenslauf und Motivationsschreiben schickte sie per E-Mail. Alle anderen Formalitäten übernahm die Uni. Die Boehringer-Ingelheim-Stiftung unterstützte die Teilnahme finanziell. Lindau, das sei für sie eines dieser „Once in a lifetime“-Erlebnisse, die auch Jahre später noch prägen. Auch jetzt noch.
Die unkomplizierte Art der Nobelpreisträger unter 500 angehenden Forschern. Das habe sie mehr als deren Prestige fasziniert. Ihre wissenschaftlichen Erfahrungen hätten sie gerne geteilt, am Kaffetisch gaben sie auch manchen Karriere-Tipp. Für die Medizinerin war es eine Mischung aus Nostalgie und Philosophie: „Schwelgen in alten Erinnerungen, die entscheidend für Durchbrüche in der Forschung waren. Und Sinnieren, was die Zukunft an neuen Innovationen bringt“, sagt die Heidelberger Medizinstudentin.
Gefühlte Endlos-Diskussionen
Wahl treibt die Neugier, sie gibt ihr das nötige Durchhaltevermögen wenn es nicht weitergeht. Sie mal wieder an Problemen Monate lang herum kaut. Permanenter Schlafmangel, gefühlte Endlos-Diskussionen mit ihrem Professor, Routine-Jobs im Halbschlaf.
Die größte Herausforderung scheint für die junge Forscherin darin zu bestehen, eine Balance zu finden zwischen Studium, Labor, den wenigen guten Freunden, Eltern und Geschwistern. Wenn es dann gut läuft ist, sagt Wahl, sei das Forschen fast wie Kinder kriegen: „Man brütet ewig an einer Sache rum, mitunter ist es mehr als mühsam“. Spätestens aber, wenn die Ergebnisse einem entgegen leuchten würden, sei alles Leiden wieder vergessen.
Wer in deutschen Laboren mit exzellenten Ergebnissen brillieren will, braucht Geduld. Viele wandern ins Ausland ab, was Deutschland pro Forscher mehr als eine Million Euro kostet. Ob das Labor im Berner Inselspital, an der Universitätsklinik Heidelberg oder einem Labor in New York. Medizinstudentin Anna-Sophia Wahl hat diese und viele andere Orte während ihres Studiums in Deutschland kennengelernt.
Ihr Praktisches Jahr machte sie in der Schweiz und den USA, zunächst als Unterassistentin. Sie überlegt, nach ihrem Examen 2011 im Ausland zu arbeiten. Jungen Spitzenforschern wie ihr winken dort attraktive Karriere-Perspektiven, lange Vertragslaufzeiten, gesicherte Aufstiegsmöglichkeiten bis hin zum eigenen Lehrstuhl.
Zeit für Innovationen
Laut Statistischem Bundesamt haben im Jahr 2002 111.000 qualifizierte Menschen das Land verlassen. Nach Studien des Instituts der deutschen Wirtschaft in Köln waren es 2006 bereits 155 000 Deutsche. Das seien mehr als je zuvor gewesen, abgesehen von der Auswanderungswelle der Nachkriegszeit. Weitere Umfragen zeigen, dass sich jeder Vierte vorstellen kann, einmal für eine längere Zeit oder für immer ins Ausland zu gehen.
“brain drain kostet viel Geld”
Was Ökonomen als “brain drain” bezeichnen, das Abwandern von Wissenschaftlern mit künftigen Innovationen für neue Arbeitsplätze, kostet deutsche Steuerzahler viel Geld. Pro Transfer über eine Million Euro, schätzt das ifo-Institut am Beispiel von Ärzten. Die Ausbildung einer zukünftigen Fachärztin wie Anna Sophia Wahl schlägt demnach mit rund 400.000 Euro zu Buche. Hinzu kämen über 600.000 Euro an entgangenen Steuereinnahmen, kalkuliert das ifo-Institut.
“brain drain”, ab ins Ausland
Nach Schätzung der Bundesärztekammer arbeiten rund 20.000 Ärzte im Ausland, während in vielen ländlichen Gegenden der Ärztenachwuchs fehlt. Doch Anna-Sophia Wahl sieht in der Schweiz oder den USA mehr Vorteile: “Wie nirgends sonst habe ich dort eine Work-Life-Balance festgestellt”. Das liege an effizienteren Arbeitsabläufen und klareren Dienstplänen aber auch der beruflichen Weiterbildung: “Hier wird überall und immerzu gelehrt, jeder ist verpflichtet Wissen weiterzugeben.
Fragen und die Diskussion haben hier Kultur”, sagt Wahl. Während Experten von Investitionen in die Zukunft sprechen, wünscht sich die 26jährige einfach mehr Zeit für eigene Ideen. In den USA fände ein reger Austausch statt, in sogenannten Think Tanks. “Da trifft man auch andere Leute als die mit denen man sowieso im Labor sitzt”, sagt Wahl.
Optimismus, aber nüchtern
In den USA sieht das etwas anders aus. Weltweit jubelten Zeitungen auf ihren Titelseiten, US-Präsident Bill Clinton lud zu einer Pressekonferenz und Fachleute kündigten ein neues Zeitalter an: Als im Jahr 2000 die Entschlüsselung der menschlichen Erbinformation verkündet wurde, waren die Erwartungen immens – als unheilbar geltende Leiden sollten bald therapierbar sein und womöglich auch das Geheimnis des Alterns aufgeklärt werden.
Elf Jahre später ist diese Euphorie einem nüchternen Optimismus gewichen. Denn die Analyse des menschlichen Genoms warf weit mehr Fragen auf, als sie beantwortete. Sie zeigte, dass die Komplexität biologischer Vorgänge weniger stark als einst angenommen von den Bauplänen der Gene abhängt, sondern sich erst im flexiblen Zusammenspiel der Proteine ausprägt.
Nobelpreisträger, die dieses Forschungsfeld seit Jahrzehnten maßgeblich prägen, werden sich während der 61. Nobelpreisträgertagung in Lindau über aktuelle Fragen und Bewertungen mit 570 Nachwuchswissenschaftlern aus 80 Ländern austauschen.
Entschlüsselung des Erbgutes
Zum elften Mal jährt sich am 26. Juni 2011, der Tag der Eröffnung der 61. Lindauer Tagung, ein historisches Datum in der Genomforschung. Der damalige US-Präsident Bill Clinton hatte die Forscher Francis Collins und Craig Venter ins Weiße Haus eingeladen, um mit ihnen zusammen der Weltöffentlichkeit die Entzifferung des menschlichen Genoms zu verkünden.
Zeitgleich hatten das Human Genome Project (HUGO) unter Leitung von Collins und der Privatunternehmer Venter ihr Ziel erreicht. Im Publikum im Weißen Haus saß Hamilton O. Smith, der seit 1994 für Venter arbeitet. Smith war 1978 gemeinsam mit Werner Arber und Daniel Nathans für die Entdeckung und Anwendung von Restriktionsenzymen mit dem Medizinnobelpreis ausgezeichnet worden.
Für das Unterfangen, die Reihenfolge der rund drei Milliarden Buchstaben unserer Erbinformation zu erfassen, waren die Restriktionsenzyme eine wesentliche Voraussetzung. Sind sie doch die molekularen Scheren, mit deren Hilfe DNA gezielt in Stücke zerschnitten werden kann.
Visionär hatte Werner Arber bereits im Jahr 1965 in einem Fachartikel darüber spekuliert:„Restriktionsenzyme könnten ein Werkzeug zur sequenzspezifischen Teilung von DNA sein. Werden schließlich Enzyme unterschiedlicher Spezifität angewandt, könnte dies für Bestrebungen, Basensequenzen der DNA zu bestimmen, genutzt werden.“
Datenflut erschwert “Durchbruch”
Nach der Entschlüsselung des Genoms starteten zahlreiche Projekte, um seine Informationen für die Zellbiologie nutzbar zu machen und Krankheiten besser zu verstehen. Doch die großen Durchbrüche lassen bis heute auf sich warten. Aus Sicht von Hamilton O. Smith kein Wunder, er meint: „Wir müssen tausende Individuen sequenzieren und die genetische Information mit dem Phänotyp der Individuen verknüpfen. So wird individualisierte Medizin auf der Basis genetischer Informationen entstehen, aber dies dauert mindestens noch 20 Jahre.“
Thomas Steitz sieht in der Explosion der Gen-, Protein- und Strukturdatenmengen einen weiteren Grund für die langsam voranschreitenden Erkenntnisgewinne: „Ohne Experimente, die untersuchen, was Makromoleküle tun, und die Fragen nach deren Funktionen und Wirkmechanismen beantworten, wirkt die Ansammlung von Daten weniger erleuchtend.“
Gemeinsam mit Ada E. Yonath und Venkatraman Ramakrishnan erhielt Steitz den Chemienobelpreis 2009 für die Strukturdarstellung des Ribosoms, der größten und komplexesten Einheit einer Zelle mittels Röntgenkristallografie. Auch hier gilt, dass die Struktur nicht alle Fragen beantwortet. „Jede Entdeckung wirft neue Fragen auf. Dies ist der eigentliche Kern von Forschung“, betont Yonath im Vorfeld der Tagung.
Ein Weg, um die Funktionen von Genen aufzudecken, ist die Knock-out-Technik, mit deren Hilfe bestimmte Gene gezielt ausgeschaltet werden. So kann man erkennen, welche Rolle sie beispielsweise bei Herz-Kreislauferkrankungen oder Diabetes und Krebs spielen. Sir Martin John Evans und Oliver Smithies, die gemeinsam mit Mario Capecchi im Jahr 2007 für die Forschung an Knock-out-Mäusen mit dem Medizinnobelpreis ausgezeichnet wurden, werden am diesjährigen Lindauer Treffen teilnehmen. Smithies wird unter dem Titel ‚A Toolmaker’s Story’ Einblicke in die biomedizinischen Verfahren geben, die seinen Weg ebneten.
Der epigenetische Code
Zunehmend zeigt sich, dass die individuelle Erbinformation nicht festgeschrieben ist, sondern in ihrer Aktivität durch äußere Einflüsse verändert werden kann. Das Dogma der Biologie, wonach wie auf einer Einbahnstraße DNA erst in RNA und dann am Ribosom in Proteine übersetzt wird, beschreibt bei weitem nicht die Komplexität dieser Vorgänge. „Viele Faktoren, hauptsächlich Proteine, spielen eine Rolle bei der DNA-Replikation, deren Transkription und Regulierung ebenso wie in der Proteinsynthese“, betont Thomas Steitz.
Derartige Erkenntnisse gehören zum Gebiet der noch relativ jungen Epigenetik. Sie erforscht die Faktoren, die das Ablesen der genetischen Information regulieren. Ein entsprechendes internationales Forschungsprojekt ist auf den Weg gebracht, das International Human Epigenome Consortium (IHEC). Einer der ersten gut beschriebenen epigenetischen Vorgänge ist die Methylierung, das Anheften von Methylgruppen (-CH3) an bestimmte Bausteine der DNA, wodurch Gene dauerhaft ausgeschaltet werden. Wenn aus Stammzellen Körperzellen werden, ist vor allem dieser Prozess maßgeblich für die Zellspezialisierung, Differenzierung genannt.
Lange dachte man, diese Differenzierungen seien sehr stabil. Sir Martin John Evans, Pionier auf dem Gebiet der Stammzellforschung, wird während der Nobelpreisträgertagung darauf eingehen, wie labil Zelldifferenzierungen sein können: ‚The Lability of the Differentiated State’. Forschungen der letzten Jahre haben beispielsweise gezeigt, wie etwa aus Hautzellen unter Einsatz bestimmter Proteine (Transkriptionsfaktoren) Hirnzellen werden können.
DNA aus dem Labor
Der berühmte Physiker Richard Feynman hatte geäußert: „Was ich nicht erschaffen kann, verstehe ich nicht.“ Diesem Motto folgt inzwischen Hamilton O. Smith: „Wir verstehen noch immer nicht einmal die genetische Information einfachster Bakterien.“ Doch im vergangenen Jahr präsentierte er gemeinsam mit Venter ein Bakterium (Mycoplasma mycoides), dessen DNA komplett synthetisch hergestellt und in einer ausgeschlachteten Zellhülle gestartet war.
Zuvor hatten die Forscher sich der Knock-out-Methode bedient, um festzustellen, welche Gene dieses einfache Bakterium zum Überleben unter Laborbedingungen benötigt, um nur diese schließlich einzusetzen. Solche reduzierten Organismen wollen sie eines Tages biotechnologische Aufgaben, wie etwa die Produktion von Brennstoff, übernehmen lassen. Smith glaubt, „dass es in Zukunft möglich sein wird, Zellen zu konstruieren, die von einem synthetischem Genom gesteuert werden und die dank ihres Designs diverse nützliche Produkte herstellen können.“
Von den genannten Laureaten werden Ada E. Yonath, Werner Arber, Sir Martin John Evans Hamilton O. Smith, Oliver Smithies und Thomas Steitz am 61. Lindauer Nobelpreisträgertreffen teilnehmen. Ihre Vorträge sind als Video-on-Demand jeweils am Nachmittag verfügbar. Insgesamt nehmen 23 Nobelpreisträger aus den Bereichen Physiologie/Medizin und Chemie sowie Unni Karunakara, der internationale Präsident der Organisation „Ärzte ohne Grenzen“ (Friedensnobelpreis 1999) an der Tagung teil.
Abstracts von Nobelpreisträgern
- Werner Arber: “Updated Notions on Darwinian Evolution”
- Sir Martin J. Evans: “The Lability of the Differentiated State”
- Hamilton O. Smith: “Synthetic Genomics: Working with Whole Bacterial Genomes”
- Oliver Smithies: „A Toolmaker´s Story“
- Thomas A. Steitz: “From the Structure of the Ribosome to the Design of New Antibiotics”
- Ada E. Yonath: “Climbing the Everest Beyond the Everest”
Leitbilder renommierter Forschungsinstitute
Die Fraunhofer-Gesellschaft fördert und betreibt international vernetzt anwendungsorientierte Forschung zum unmittelbaren Nutzen für die Wirtschaft und zum Vorteil für die Gesellschaft. Ihre Institute zielen auf eine wirtschaftlich erfolgreiche, sozial gerechte und umweltverträgliche Entwicklung der Gesellschaft.
Die Helmholtz-Gemeinschaft ist mit 30.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in 16 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 3 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Ihre Arbeit steht in der Tradition des großen Naturforschers Hermann von Helmholtz (1821-1894).
Die Leibniz-Gemeinschaft ist ein Zusammenschluss von 86 Forschungseinrichtungen, die wissenschaftliche Fragestellungen von gesamtgesellschaftlicher Bedeutung bearbeiten. Sie forschen auf den Gebieten der Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Sozial- und Raumwissenschaften bis hin zu den Geisteswissenschaften.
Die Max-Planck-Institute betreiben Grundlagenforschung in den Natur-, Bio-, Geistes- und Sozialwissenschaften im Dienste der Allgemeinheit. Sie stellen aufwändige Einrichtungen und Geräte einem breiten Wissenschaftlerkreis zur Verfügung – von Teleskopen und anderen Großgeräten bis hin zu Spezialbibliotheken und Dokumentationen.
Über den Autor: Jan Thomas Otte war live dabei als Paul Krugman, Star-Ökonom an der Princeton University für seine Außenhandelstheorie mit dem Nobelpreis bedacht wurde. Zwar keine Medizin, auch keine Physik. Aber spannend war es trotzdem…
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