Chemie : Leuchtende Quallen bringen den Nobelpreis für Chemie

Grün fluoreszierendes Protein erobert größte wissenschaftliche Auszeichnung.

Katherine Sanderson

Das Molekül, das für das Leuchten bestimmter Quallen sorgt, brachte seinem Entdecker und Entwickler den diesjährigen Nobelpreis für Chemie.

Das grün fluoreszierende Protein (GFP) hat Medizin und Biologie revolutioniert, indem es Wege eröffnete, die Aktivität eines bestimmten Proteins in einer lebenden Zelle nachzuverfolgen und somit zu beobachten, wie Gene exprimiert werden.

Der Preis geht zu gleichen Teilen an drei Wissenschaftler: Osamu Shimomura, Professor emeritus des Marine Biological Laboratory in Woods Hole, Massachusetts, Martin Chalfie von der Columbia University in New York und Roger Tsien von der University of California in San Diego.

Alles begann als Shimonura in den frühen 1960er Jahren untersuchte, warum die Qualle Aequorea victoria leuchtet. Er sammelte tausende Exemplare und isolierte schließlich ein fluoreszierendes Protein, das er "grünes Protein" nannte (1).

Genetisch genial

Vorgespult ins Jahr 1992, als Martin Calfie erfuhr, dass es Douglas Prasher am Woods Hole Oceanographic Institute in Massachusetts gelungen war, das Gen, das GFP exprimiert, zu isolieren. Darauf setzte Calfie die Doktorandin Ghia Euskirchen, heute Wissenschaftlerin an der Yale University, die für ein kurzes Projekt in sein Labor kam, an. Euskirchen verfügte über Erfahrung in der Fluoreszenzmikroskopie und brachte die Fertigkeiten mit, Calfies Frage zu beantworten: ob das GFP-Gen im Bakterium Escherichia coli exprimiert werden konnte.

Es konnte (2). Das Leuchten von E. coli wurde jedoch beinahe übersehen: "In Martys Labor konnte ich es nicht sehen", sagt Euskirchen gegenüber Nature. Sie nahm die Zellen jedoch mit in ihr altes Labor an der Columbia, wo mit einem besseren Mikroskop das verräterische Fluoreszieren wahrgenommen werden konnte.

Chalfies Team fand schnell heraus, dass wenn ein existierendes Gen durch das GFP-codierende Gen ersetzt wird, der zelluläre Mechanismus, der das Originalgen anschaltet, tatsächlich für GFP codiert, das unter blauem oder ultraviolettem Licht wahrgenommen werden kann.

Ein alternativer Ansatz besteht darin, das GFP-Gen neben ein Protein von Interesse zu insertieren. Wird das Protein produziert, wird es automatisch an GFP angehängt, was es Wissenschaftlern erlaubt, seinen Progress in einer Zelle und sogar in einem Organismus zu verfolgen.

Chalfie fuhr fort zu demonstrieren, dass GFP als Marker für beinahe jedes Protein in jedem Organismus genutzt werden kann. Es wurde sogar dazu verwendet, das Hi-Virus in Echtzeit dabei zu beobachten, wie es in eine menschliche Zelle eindringt.

Schneller Fortschritt

Die Technik hat sich dank des dritten Preisträgers, Roger Tsien, rasant fortentwickelt, der die molekularen Details von GFP analysierte (3) - und das Protein dahingehend optimierte, dass es verschieden farbige Analogene produziert. Seine Arbeit hat Wissenschaftlern unter anderem erlaubt zu erkennen, wenn Proteine interagieren - durch die Markierung mit verschiedenen Farben.

Als die Preisträger bekanntgegeben wurden, war das Komitee nicht in der Lage, Chalfie telefonisch zu erreichen. "Wir haben eine E-Mail geschickt, er wird es also erfahren, wenn er an seinen Computer zurückkehrt", sagte ein Sprecher.

Als er die Nachricht erhielt, sagt Tsien, dass es am wahrscheinlichsten gewesen sei, dass Prasher nicht zu den Preisträgern gehört, da der Preis nur von maximal drei Leuten geteilt werden kann. "Ich bin sicher, dass es eine schwierige Entscheidung für das Komitee war", so Tsien.

Wie in vielen Jahren zuvor, wird der Chemie-Nobelpreis für ein biologisches Thema vergeben. Aber das sollte Chemiker nicht aufregen, meint Marc Zimmer, Chemiker am Connecticut College, der daran arbeitet, GFP zu verbessern. "Tsien ist ein Hardcore-Chemiker", sagt er, "und Shimomura ist ganz sicher Chemiker - er war an der Struktur des Proteins interessiert. [GFP] kommt in der Biologie zum Einsatz, aber die ganze Arbeit wurde in der Chemie getan."

Ein Einsatz von GFP ist in der Biologie und Biochemie weit verbreitet. "Viele erwähnen GFP [in ihren Papers] nicht einmal mehr", sagt Jeremy Berg, Direktor des National Institute of General Medical Sciences in Bethesda.

Es ist mittlerweile sogar möglich, leuchtende Tiere zu kaufen. Gentechnisch veränderte Zebrafische, die GFP enthalten, sind allgemein erhältlich. "Ich habe einige in meinem Büro", sagt Zimmer, der die Fische verwendet, um in Schulen seine Arbeit zu erklären.

(1) Shimomura, O., Johnson, F. H. and Saiga, Y. J. Cell. Comp. Physiol. 59, 223-239 (1962)
(2) Chalfie, M. et al. Science 263, 802-805 (1994)
(3) Ormö, M. et al. Science 273, 1392-1395 (1996)

Dieser Artikel wurde erstmals am 8.10.2008 bei news@nature.com veröffentlicht. doi: 10.1038/news.2008.1159. Übersetzung: Sonja Hinte. © 2007, Macmillan Publishers Ltd

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