Antibiotika und multiresistente Erreger: ein erbitterter Wettlauf

Antibiotika sind ein wesentlicher Bestandteil der modernen Medizin, und zwar nicht nur zur Behandlung hartnäckiger Hals- oder Ohrenentzündungen – sie spielen auch eine wichtige Rolle bei Routineoperationen wie Kaiserschnitten und Blinddarmoperationen, ebenso im Rahmen von Chemotherapien.

Wenn heute ein Antibiotikum verschrieben wird, ist es meist ein Präparat aus dem 20. Jahrhundert. Und da „Bakterien leben wollen, aber klüger sind als wir“, wie Nobelpreisträgerin Ada Yonath so treffend bemerkt, haben viele Krankeitserreger bereits Resistenzen gegen die häufigsten Antibiotika entwickelt. Im September wandte sich deshalb die Weltgesundheitsorganisation WHO mit einem eindringlichen Appell an Regierungen und Pharmahersteller, sie sollten dringend die Ausgaben für die Antiobitikaforschung erhöhen: Es gäbe einfach zu wenig neue Mittel, an denen zurzeit geforscht würde, um die wachsende Zahl multiresistenter Keime zu bekämpfen. Jedes Jahr sterben geschätzte 700 000 Patienten an den Folgen einer Infektion mit einem solchen Keim, und diese Zahl wird eher wachsen als schrumpfen.

Allein eine Viertelmillion Todesfälle gehen auf multiresistente Tuberkulose-Erreger zurück, weshalb diese Erreger den Experten besonders viele Sorgen bereiten. Wenn man einen solchen Erreger mit den verfügbaren Mitteln besiegen möchte, muss die Therapie konsequent über bis zu 20 Monate durchgehalten werden – in ärmeren Ländern oder auch in Haftanstalten wird die Behandlung aber häufig abgebrochen. Das Ergebnis sind neue Resistenzen (siehe Grafik am Ende des Artikels).

Kopfzerbrechen bereitet den Experten auch das mulitresistente Bakterium Neisseria gonorrhoea, das die Geschlechtskrankheit Gonorrhoe verursacht. Diese Bakterien sind gramnegativ, das bedeutet, dass ihre Oberflächen keine Gram-Färbung annehmen. Diese widerspenstige Oberfläche ist auch der Hauptgrund, weshalb solche Bakterien schwer zu behandeln sind, auch ohne Resistenzen. In den letzten Monaten gab es weltweit mehrere Gonorrhoe-Ausbrüche, für die resistente Keime verantwortlich sind.

 

Antibiotikaresistenz-Tests: Ein Bakterienstamm wird in ein Kulturmedium eingebracht. Die Bakterienkultur in der linken Schale ist gegenüber allen getesteten Antibiotika empfindlich, während die Kultur in der rechten Schale nur gegenüber drei der sieben getesteten Antibiotika empfindlich ist. Foto: Dr. Graham Beards, 2011, CC BY-SA 4.0

Antibiotikaresistenz-Tests: Ein Bakterienstamm wird in ein Kulturmedium eingebracht. Die Bakterienkultur in der linken Schale ist gegenüber allen getesteten Antibiotika empfindlich, während die Kultur auf der rechten Seite nur gegenüber drei der sieben getesteten Antibiotika empfindlich ist. Foto: Dr. Graham Beards, 2011, CC BY-SA 4.0

 

Solche Ausbrüche beleuchten ein weiteres Problem: Resistente Keime reisen schnell. Ganz egal, wo auf der Erde sich die Resistenzen entwickeln, durch moderne Verkehrsmittel wie Langstreckenflüge kann sich ein resistentes Bakterium innerhalb weniger Tage weltweit verbreiten. Die WHO hat eine aktuelle Liste mit 12 resistenten Bakterienstämmen erstellt, die als besonders gefährlich gelten. Diese Liste enthält nicht nur die Gonorrhoe-Erreger, sondern auch den gefürchteten Krankenhauskeim MRSA (die Abkürzung steht für Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus).

 

Abhilfe durch bildgebende Verfahren?

Lösungsvorschläge werden möglicherweise von unerwarteter Seite kommen, zum Beispiel von Forschern, die mit Kryo-Elektronenmikroskopie arbeiten, kurz Kryo-EM. Der Chemienobelpreis 2017 würdigt diese Entwicklung. Mit Hilfe dieser Methode erhalten die Forscher eine derart hohe Auflösung des Zellgeschehens, dass sie sogar diejenigen Proteine beobachten können, die Resistenzen gegen Antiobitika weitergeben. Kryo-EM baut auf den Erfahrungen der Kristallstrukturanalyse auf, sowie auf der Methode der klassischen Elektronenmikroskopie.

Das Beobachten von Vorgängen ist in der Wissenschaft häufig der erste Schritt zu einem tiefgreifenden Verständnis, das erklärt die große Bedeutung von bildgebenden Verfahren für die Lebenswissenschaften. Wenn nämlich die Forscher Proteine ‘sehen’ können, die Resistenzen weitergeben, dann kann dies der Startpunkt für die Entwicklung von Medikamenten sein, die dieses Geschehen unterdrücken. Nun eignet sich die Kryo-EM besonders gut für Oberflächenproteine, sie stellt also genau jene Orte gut dar, an denen Infektionen oder Gentransfers ihren Anfang nehmen.

Gleichzeitig entwickelt sich auch die optische Mikroskopie immer weiter, mittlerweile kann man ‘live’ beobachten, wie Proteine in einer Zelle synthetisiert werden. Der Chemienobelpreis 2014 war ganz der Überwindung der Auflösungsgrenze in der Lichtmikroskopie gewidmet: Stefan Hell erhielt ihn für die Entwicklung seiner STED-Mikroskopie, der amerikanische Physiker Eric Betzig entwickelte die PALM-Methode, William E. Moerner war der dritte Preisträger 2014. Kurz nachdem er den Nobelpreis erhalten hatte, erfand Hell die MINFLUX-Mikroskopie, eine Kombination aus STED und PALM. Damit kann er nun erstmals kleine Filme erstellen, die zeigen, wie Proteine tatsächlich innerhalb von Zellen gebildet werden.
Alle diese Methoden zusammen führen zu einer „Auflösungs-Revolution“, die helfen wird, neue Antibiotika zu entwickeln.

 

Chemienobelpreisträgerin Ada Yonath bei einer Diskussionsveranstaltung mit Nachwuchsforschern auf der Lindauer Nobelpreisträgertagung 2016. Yonath erforscht seit Jahren die Ribosomen resistenter Bakterien. Foto: LNLM/Christian Flemming

Chemienobelpreisträgerin Ada Yonath bei einer Diskussionsveranstaltung mit Nachwuchsforschern auf der Lindauer Nobelpreisträgertagung 2016. Yonath erforscht seit Jahren die Ribosomen resistenter Bakterien. Foto: LNLM/Christian Flemming

 

Die Nobelpreisträgerin Ada Yonath, die den Chemienobelpreis 2009 für die Struktur des Ribosoms herhalten hatte, arbeitet bereits an neuartigen Antibiotika, und zwar an solchen, die nur gegen jeweils einen bestimmten Bakterienstamm wirken sollen, das nennt man ‘speziesspezifisch’. Ihr Ansatzpunkt sind die Ribosomen, also „die zellulären Maschinen, die Gene in Proteine umsetzen“, weil viele der bekannten Antibiotika die Aktivität der Ribosomen unterbinden. Zunächst studierte sie die Ribosomen ‘guter’, also harmloser Bakterien, inzwischen arbeitet sie mit MRSA-Keimen. Würde es gelingen, auf diesem Weg einen Wirkstoff zu finden, der alle Krankheitserreger abtötet, aber alle anderen Bakterien schont, wäre nicht nur die Behandlung wesentlich verträglicher – es würden auch deutlich weniger Resistenzen entstehen, unter anderem, weil deutlich weniger Bakterien überhaupt von einem solchen Wirkstoff betroffen wären.

 

Wirkstoff wird resistenter gegen Resistenzen

Eine weitere Strategie ist, an Orten nach neuen Wirkstoffklassen zu suchen, die in der Vergangenheit wenig aussichtsreich erschienen. Am Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie in Jena wurde beispielsweise ein Stoff isoliert, der sich im Labor bereits erfolgreich bei der Bekämpfung von MRSA erwies, weshalb Closthioamid 2014 zum Leibniz-Wirkstoff des Jahres gewählt wurde. Der Wirkstoff stammt von einem anaeroben Bakterium, nämlich Clostridium cellulolyticum. Diese Kategorie ist bei der Suche nach neuen Antibiotika bislang eher vernachlässigt worden. „Durch unsere Arbeit wird klar, dass das Potential einer riesigen Organismengruppe bislang völlig übersehen wurde“, so Christian Hertweck, stellvertretender Direktor des Leibniz-Instituts und Arbeitsgruppenleiter. Erst kürzlich konnten Forscher des Imperial College London, zusammen mit einem Team der ‘London School of Hygiene and Tropical Medicine’, mulitresistente Gonorrhoe-Bakterien mit Hilfe von Closthioamid abtöten. In der Petrischale reichten bereits kleine Mengen, klinische Studien sollen folgen.

In einer weiteren Strategie versucht man, existierende Antibiotika im Labor so zu verändern, dass sie ‘resistenter’ gegen Resistenzbildung werden. So brauchten Bakterien erstaunliche 60 Jahre, um gegen das Antibiotikum Vancomycin resistent zu werden. Nun haben Forscher am Scripps Research Institut (TSRI) eine verbesserte Variante dieses Wirkstoffs entwickelt, der nun Bakterien von drei Seiten gleichzeitig angreift. Das verbesserte Mittel wurde bereits erfolgreich an Enterokokken getestet, die gegen das klassische Vancomycin resistent waren. Studienleiter Dale Boger kommentiert, dass diese TSRI-Entwicklung das erste Antbiotikum sei, dass drei unabhängige Wirkmechanismen hätte, um Bakterien auszuschalten. „Dieses Merkmal wird dazu führen, die Lebensdauer des Wirkstoffs deutlich zu verlängern“, gemeint ist die Zeitspanne, in der das Mittel erfolgreich eingesetzt werden kann. „Mikroorganismen schaffen es einfach nicht, sich gleichzeitig an drei verschiedenen Fronten zu wehren. Selbst wenn sie es schnell schaffen, einen Wirkmechanismus auszuschalten, bleiben immer noch zwei übrig, die sie schließlich abtöten werden.“

 

Resistenzen ‘springen’ von einem Erreger zum anderen

Leider sind an diesem fulminanten Wettlauf nicht nur Forscher und Erreger beteiligt – eine solche Konstellation wäre noch halbwegs überschaubar. Doch die Tatsache, dass mulitresistente Keime heute sowohl unsere Umwelt als auch unsere Nahrung besiedeln, macht die Lage erst bedrohlich. Ein Beispiel hierfür ist das Antiobitikum Colistin: Bereits in den 1950er Jahren entwickelt, wurde es nie auf breiter Front gegen Infektionen beim Menschen eingesetzt, weil es zu starke Nebenwirkungen hat. Doch in den letzten Jahren ist es genau aus diesem Grund als Reserveantibiotikum interessant geworden. Da es sich aber um einen alten Wirkstoff handelt, ist der Patentschutz lange abgelaufen, die Produktion ist also preiswert – und deshalb wird es in China in großen Mengen in der Schweinemast eingesetzt.

Wie nicht anders zu erwarten, haben sich in diesen Schweinen Colistin-resistente Bakterienstämme entwickelt, deren Entdeckung erst 2015 publiziert wurde. Diese speziellen Resistenzen haben es in sich: Weil sich die Resistenz-Gene in einem Plasmid befinden, Bakterien jedoch sehr leicht Plasmide untereinander austauschen können, sind sie somit auch ein der Lage, praktisch mühelos Resistenzen auszutauschen, auch von einem Bakterienstamm zum nächsten. Bereits 2015 wurde das verantwortliche Gen namens mcr-1 in chinesischen Supermärkten entdeckt, ebenso in vereinzelten Patientenproben von dortigen Krankenhäusern. Nur 18 Monate später konnten in einem Viertel aller Krankenhauspatienten in bestimmten Regionen Chinas nun Bakterien mit diesem Resistenz-Gen nachgewiesen werden. Das Fazit lautet: Resistenzen breiten sich mittlerweile in einem beispiellosen Tempo aus.

Ein weiteres Beispiel für die Umweltverschmutzung sind große Mengen moderner Antiobitika und Antimykotika, also Anti-Pilzmittel, die in den Abwässern indischer Pharmahersteller gefunden wurden. In warmen Abwässern finden Bakterien ideale Lebensbedingungen – und wenn es dort Antibiotika gibt, werden sie sich anpassen und Resistenzen entwickeln. Schon heute haben Indienreisende bei ihrer Rückkehr häufig mulitresistente Keime im Gepäck, von denen sie meist nichts wissen, die ihnen jedoch bei einer späteren Erkrankung zum Verhängnis werden können – oder anderen Patienten.

Der erbitterte Kampf zwischen Bakterien auf der einen und Antibiotika auf der anderen Seite tobt jetzt seit 90 Jahren, seitdem Nobelpreisträger Alexander Fleming das Penicillin entdeckte. Dieser Kampf wird in Krankenhäusern, Forschungslaboren und Arztpraxen geführt. Die erwähnten Beispiele der Schweinemastbetriebe und der Abwässer von Pharmaherstellern stellen die Verantwortlichen jedoch vor völlig neue Herausforderungen, denen mit innovativen und vielseitigen Strategien begegnet werden muss. Erst vergangene Woche traf sich eine Arbeitsgruppe der Vereinten Nationen in Berlin, um diese Fragen zu erörtern. Denn eins ist klar: Die meisten von uns leben zwar nicht an indischen Abwasserkanälen, aber die Mirkoben von dort erreichen uns alle.

 

Schautafel der US-Gesundheitsbehörde CDC über die Entstehung von Resistenzen. Das Problem der verseuchten Abwässer ist hier nicht berücksichtigt. Copyright: Centers for Disease Control and Prevention, 2013 Public Domain

Schautafel der US-Gesundheitsbehörde CDC über die Entstehung von Resistenzen. Das Problem der verseuchten Abwässer ist hier allerdings nicht berücksichtigt. Copyright: Centers for Disease Control and Prevention, 2013 Public Domain

Resistant Bacteria vs. Antibiotics: A Fiercely Fought Battle

Antibiotics are an integral part of today’s medicine, not only to treat a strep throat or an ear infection – they also play a huge role in routine operations like appendecotomies or cecareans, and they are indispensable as co-treatment for many chemotherapies.

If you take an antibiotic today, it has most probably been developed and approved of in the last century. And since “bacteria want to live, and they are cleverer than us,” as Nobel laureate Ada Yonath describes them succinctly, many pathogens have become resistant to these common drugs. In September 2017, the World Health Organization (WHO) published an urgent appeal to increase funding for research into new antibiotics: not enough new drugs are in the ‘pipeline’ to combat the growing problem of multi-resistant strains. Currently, an estimated number of 700,000 patients die from infections with these strains every year – and this death toll might rise.

The WHO and other experts are especially concerned about multi-resistant tuberculosis that causes about 250,000 deaths per year, and less than half of all patients receive the necessary treatment that can take up to 20 months. The problem is that disrupted treatment inevitably leads to more resistances. Another very worrisome development is the emergence of multi-resistant Neisseria strains that cause the STD gonorrhoea. Neisseria gonorrhoeae are gram-negative bacteria, meaning that their surface is not coloured by gram staining. This resilient surface is also the reason why it is hard to treat gonorrhoea infections in the first place, even without resistances. Only this year, there have been several outbreaks of this multi-resistant variant around the world.

 

Antibiotic resistance tests: the bacteria in the culture on the left are sensitive to all seven antibiotics contained in the small white paper discs. The bacteria on the right are resistant to four of these seven antibiotics. Photo: Dr Graham Beards, 2011, CC BY-SA 4.0

Antibiotic resistance tests: the bacteria in the culture on the left are sensitive to all seven antibiotics contained in the small white paper discs. The bacteria on the right are resistant to four of these seven antibiotics. Photo: Dr Graham Beards, 2011, CC BY-SA 4.0

 

This brings us to another problem: resistant bugs travel fast. No matter where they develop, with modern travel they can spread around the world within days. The WHO also published a list with 12 pathogens that pose the greatest risks. This list includes Neisseria as well as the well-known and much-feared ‘hospital bug’ methicillin-resistant Staphylococcus aureus, or MRSA.

 

Imaging technologies help to develop new drugs

Relief from this dire situation might come from unexpected sources, like the technology honoured by the Nobel Prize in Chemistry 2017: cryo-electron microscopy, or cryo-EM. With the help of this new method, researchers can ‘see’ “proteins that confer resistance to chemotherapy and antibiotics”. This method was difficult to develop, and it leaned heavily on the experiences from X-ray crystallography and classic electron microscopy.

Often in research, being able to ‘see’ something is the first step of understanding its function, hence the strong interest in imaging technology in the life sciences: if a researcher can ‘see’ the workings of a resistance-inducing protein, he or she can start working on strategies to inhibit this process. Cryo-EM is especially good at depicting surface proteins, i.e., the location where infections or gene transfers usually start.

At the same time, optical microscopy is moving ahead as well, being able to ‘watch’ proteins being coded in living cells.  The Nobel Prize in Chemistry 2014 was dedicated to the breaking of the optical diffraction limit. Stefan Hell developed STED microscopy, American physicists Eric Betzig invented PALM microscopy, and both were awarded the Nobel Prize, together with William E. Moerner, “for the development of super-resolved fluorescence microscopy”. Shortly after receiving the most prestigious science award, Stefan Hell combined STED and PALM microscopy to develop the MINFLUX microscope: the very technology that can show proteins being coded. All these methods together will result in a “resolution revolution” that may contribute to the development of new classes of antibiotics.

 

Nobel laureate Ada Yonath during a discussion with young scientists at the 2016 Lindau Nobel Laureate Meeting. Photo: LNLMM/Christian Flemming

Nobel laureate Ada Yonath during a discussion with young scientists at the 2016 Lindau Nobel Laureate Meeting. Yonath has been studying bacterial ribosomes for many years. Photo: LNLM/Christian Flemming

Nobel Laureate Ada Yonath, who was awarded the 2009 Nobel Prize in Chemistry “for studies of the structure and function of the ribosome“ with X-ray crystallography, is currently researching species-specific antibiotics. Her starting point is that many antibiotics target bacteria’s’ ribosomes, “the universal cellular machines that translate the genetic code into proteins.” First, her team studied the inhibition of ribosome activity in eubacteria, i.e., ‘good’ bacteria. Next, she extended her studies to ribosomes from multi-resistant pathogens like MRSA. Her goal is to design species-specific drugs, meaning specific to a certain pathogen. These will minimise the harm done to the human microbiome by today’s antibiotics, resulting in a more efficient cure and a lower risk of antibiotic resistance, because fewer bacteria are affected.

 

Finding new drugs in unexpected places

Another attack strategy is to look for new antibiotic agents in places that never seemed very promising. For example, in 2010 the Leibniz Institute for Natural Product Research and Infection Biology in Jena (Germany) published a new antibiotic agent found in the soil bacterium Clostridium cellulolyticum. It belongs to the group of anearobic bacteria, a group that has long been neglected in the search for antibiotics. “Our research shows how the potential of a huge group of organisms has simply been overlooked in the past,” says Christian Hertweck, head of Biomolecular Chemistry. Just recently, scientists at the Imperial College London and the London School of Hygiene and Tropical Medicine have treated resistant Gonorrhoea bacteria with Closthioamide, the agent from Jena. They found that even small quantities were highly effective in the Petri dish; clinical trials will follow.

Yet another research strategy is to make antibiotics more ‘resistant’ to resistance formation. For instance, it has taken 60 years for bacteria to become resistant to vancomycin. Now, researchers at The Scripps Research Institute (TSRI) have successfully tested an improved version of vancomycin on vancomycin-resistant Enterococci that are on the WHO list of the most dangerous pathogenes. This improved drug attacks bacteria from three different sides. The study was led by Dale Boger, co-chair of TSRI’s department of chemistry, who said the discovery made the new version of vancomycin the first antibiotic to have three independent ‘mechanisms of action’ to kill bacteria. “This increases the durability of this antibiotic,” he said. “Organisms just can’t simultaneously work to find a way around three independent mechanisms of action. Even if they found a solution to one of those, the organisms would still be killed by the other two.”

 

Drug resistance can ‘jump’ between pathogens

Unfortunately, researchers and bacteria are not the only combatants, and this fiercly fought battle is not confined to clearly marked battlegrounds. Increasingly, multi-resistant bacteria can be found in our food, mostly due to the use of antibiotics in animal farming, and even in our natural environment. One such troubling example is Colistin, an antibiotic from the 1950s, which had never been widely used in humans due to toxic side-effects; however, in recent years it has been rediscovered as a last-resort antibiotic against multi-resistant bugs. Since it is an old drug, it’s also inexpensive and widely used – on pig farms in China.

As expected, Colistin-resistant bacteria developed in pigs, which was first discovered and published in 2015. But what makes this resistance perilous is the fact that the relevant gene is plasmid-mediated, meaning it can spread easily from one bacterium to another, possibly even from one species to another. In 2015, this resistance gene, called mcr-1, was also found in pork in Chinese supermarkets and in a few probes from hospital patients. Only 18 months later, 25 percent of hospital patients in certain areas in China tested positive for bacteria with this gene: resistances start spreading at unprecedented speeds.

Another highly disturbing example are large quantities of modern antibiotics and antimycotics found in the sewage from pharmaceutical production in India. In warm water, many bacteria find ideal conditions not only to live, but also to adapt to these novel antibiotics by quickly becoming resistant. Already travellers returning from some developing countries are considered a potential health threat, because many of them are unwitting carriers of multi-resistant pathogenes.

Since the discovery of Penicillin in 1928 by Nobel Laureate Alexander Fleming, the battle between bacteria and antibiotics is fierce and ongoing. This battle is fought in the laboratories, the hospitals and doctors’ offices all over the world, with some people seeming about as determined and creative as their opponents.

But resistance-breeding grounds like Chinese pig farms or sewage pipes from pharmaceutical companies present yet another battleground and call for a strategy that needs to be innovative as well as multifaceted. Only last week, a United Nations ad-hoc group met in Berlin to discuss these challenges. To sum it up: most of us do not live next to Indian sewer pipes, but the resistant bacteria bred there may reach us all.

 

Sign by the US Centers for Disease Control and Prevention CDC how antibiotic resistances occur - you use them and you lose them. But in this graph, large-scale pollution with resistant bacteria is not even included. Image: Centers for Disease Control and Prevention, 2013 Public Domain

Sign by the US Centers for Disease Control CDC how antibiotic resistance occurs: “you use it and you lose it”. Sewage pollution with resistant bacteria from pharmaceutical production is not included in this graph. Image: Centers for Disease Control and Prevention, 2013 Public Domain

#LiNo17 Daily Recap – Thursday, 29 June

Thursday was the last day in Lindau but not the last day of the meeting. Friday is going to take the participants to Mainau Island, so while they are enjoying their last day on the picturesque island, let’s take a look at what happened yesterday. Here are our highlights from Thursday:

 

Video of the day:

All six panelists – Nobel Laureates Sir John E. Walker and Dan Shechtman, Wiltrud Treffenfeldt (Chief Technology Officer of Dow Europe GmbH), May Shana’a (Head of Research & Developmen of Beiersdorf AG) and young scientist Thomas L. Gianetti from ETH Zurich as well as chairwoman Alaina G. Levine – have strong opinions on “Science Careers” and gave excellent advise for #LiNo17 participants.

You are welcome to browse through our mediatheque for more panel discussions, lectures and other informative videos.

 

Picture of the day:

Nobel Laureate Peter Agre’s lecture on “Aquaporin Water Channels” was not only educational, but also made the young scientists laugh. Most definitely one of the best pictures of Thursday.

67th Lindau Nobel Laureate Meeting Chemistry, 25.06.2017 - 30.06.2017, Lindau, Germany, Picture/Credit: Christian Flemming/Lindau Nobel Laureate Meetings Audience in Peter Agre's lecture

For even more pictures from the Lindau Nobel Laureate Meetings, past and present, take a look at our Flickr account.

 

Blog of the day:

When Nobel Laureates come to Lindau, photographer Volker Steger presents each with a surprise task. Find out what it is and how the laureates “sketch their science”.

Sketches of Science Slider

Do take a look at more of our inspring blog posts.

 

Tweets of the day:

 

Last but not least, follow us on Twitter @lindaunobel and Instagram @lindaunobel and keep an eye out for #LiNo17

We will keep you updated on the 67th Lindau Nobel Laureate Meeting with our daily recaps. The idea behind it is to bring to you the day’s highlights in a blink of an eye. The daily recaps will feature blog posts, photos and videos from the mediatheque.

 

Wissenschaft ist weder gut noch böse, sie versorgt uns mit Fakten – Mario Molina

Der zweite volle Programmtag der Lindauer Nobelpreisträgertagung ermutigt vor allem die Nachwuchswissenschaftler sich auf frischen Forschungspfaden zu bewegen, und für ihre Ergebnisse einzustehen.

Die aktuelle politische Debatte um den Klimawandel und den Rückzug der US aus dem „Paris Climate Accord“ griff Mario Molina in seinem Vortrag am Vormittag auf. Molina, ursprünglich aus dem Gastgeberland des diesjährigen International Day Mexiko, erhielt 1995 den Nobelpreis für die Entdeckung und das Verständnis  der Entwicklung des Ozonlochs. Er war außerdem als wissenschaftlicher Berater für die Obama-Administration tätig, und steht der aktuellen Haltung der US-Regierung daher voller Unverständnis gegenüber. Er betonte deswegen noch einmal ausdrücklich: „Die Wissenschaft ist weder gut noch böse. Wir erhalten Daten und Fakten durch die Forschung und können dadurch präzise Vorhersagen berechnen.“ Erst wenn die Wirtschaft und die Politik sich einschalten, so Molina weiter, wird die Forschungs- zur Gewissensfrage. Dann müsse man als Wissenschaftler aber auch für das Bild, das die Daten zeichnen, einstehen, und sich der Faktenignoranz entgegenstellen.

 

67th Lindau Nobel Laureate Meeting, 27.06.2017, Lindau, Germany, Credit: Julia Nimke / 67th Lindau Nobel Laureate Meeting, Lecture Molina

Mario Molina während seines Vortrags auf der 67. Lindauer Nobelpreisträgertagung. Credit: Julia Nimke/Lindau Nobel Laureate Meetings

 

Im Gegensatz dazu sieht es Ada Yonath nicht unbedingt als die Pflicht der Wissenschaftler an, sich öffentlich gegen die Erderwärmung auszusprechen. Vielmehr sieht sie die Pflicht der Forschung darin, Möglichkeiten zu schaffen, um weniger Luftverschmutzung zu erzeugen. Yonath erhielt 2009 den Nobelpreis in Chemie – als erst vierte Frau insgesamt – für die Entschlüsselung der Funktion von Ribosomen. Diese bauen aus den Aminosäuren, die vom genetischen Code abgelesen werden, die Proteine zusammen, welche wiederum die Grundbausteine unseres Organismus sind: ohne funktionierende Ribosomen gäbe es keinen gesunden Organismus. Abgesehen von der zunehmenden Politisierung wissenschaftlicher Ergebnisse sieht Yonath aber noch weitere große Probleme in der heutigen Forschungslandschaft: „Heute braucht jeder ein bestimmtes Vorbild, dem er unbedingt nacheifern möchte. Niemand will mehr widersprechen – der Pioniergeist fehlt.“ Dadurch würden kreative Ideen unterdrückt, und es kämen keine echten Innovationen mehr zu Stande. Zudem, so Yonath, würde heute zuviel Wert auf translationale und angewandte Forschung gelegt. Doch diese sei zwar gut für Industrie und Wirtschaft, bringe aber  keinen echten Fortschritt mehr mit sich. Stattdessen wirbt sie im Interview dafür, sich an der Forschung wieder mehr nur der Forschung und des Wissensgewinnes zuliebe zu beteiligen und zu erfreuen. „Alles was wir heute wissen und verstehen, aber gestern noch nicht verstanden haben, ist bereits unglaublich wertvoll für das Wissen der Menschheit.“ Sie illustriert diese Idee mit einem sehr anschaulichen Beispiel: „Wenn alle sich immer nur mit der Besserung der Brennleistung und Haltbarkeit von Kerzen befasst hätten, gäbe es heute immer noch keinen Strom oder Glühbirnen. Nur wenn es Leute gibt, die abseits der bekannten Pfade forschen, ergeben sich echte Neuerungen.“

 

Schülergespräch mit Harald zur Hausen, 67. Lindauer Nobelpreisträgertagung, 27.06.2017. Foto: Christian Flemming/Lindau Nobel Laureate Meetings

Schülergespräch mit Harald zur Hausen, 67. Lindauer Nobelpreisträgertagung, 27.06.2017. Foto: Christian Flemming/Lindau Nobel Laureate Meetings

Beharrlichkeit und innovatives Denken nannte auch Professor Harald zur Hausen als die Kernmerkmale erfolgreicher Wissenschaftler. Im Rahmen der Lindauer Nobelpreistagung werden auch Satellitenveranstaltungen angeboten, bei der Nobelpreisträger häufig mit Kindern und Jugendlichen über ihre Forschung sprechen. Dieses Jahr sprach Harald zur Hausen vor etwa 100 Oberstufen-Gymnasiasten aus Lindau, Friedrichshafen und Bregenz. Zur Hausen wurde 2008 der Nobelpreis in Physiologie oder Medizin verliehen, für seine Entdeckung, dass Gebärmutterhalskrebs von Viren ausgelöst wird, sowie für seine Entwicklung eines Impfstoffes gegen den Erreger. Er erzählte über 90 Minuten hinweg von seinem Werdegang von der klinischen Medizin zur Forschung und wie sein fester Glaube, dass bestimmte Krebsarten von Viren ausgelöst werden, ihn schließlich zu seiner bahnbrechenden Entdeckung und Entwicklung gebracht hat. Er betonte, wie er an seiner Überzeugung auf Grund vorläufiger Daten festhielt, und sich immer wieder gegen skeptische Kollegen oder Journalisten durchsetzte. Die Schüler hörten die ganze Zeit über gebannt zu und stellten viele interessierte Fragen. Der Austausch zeigt einmal mehr wie wertvoll die Kommunikation von Wissenschaftlern mit der Öffentlichkeit ist. Auch zur Hausen liegt dieses Thema sehr am Herzen, denn „Prävention ist immer besser als Heilung. Wenn wir bei solchen Veranstaltungen Verständnis und Interesse für die Forschung gewinnen können, haben wir Großes geschafft.“

Ähnlich wie Ada Yonath sieht auch zur Hausen einige Entwicklungen in der Wissenschaft durchaus kritisch. „Es herrscht viel zu oft noch ein dogmatisches Klima in den Laboren. Junge Wissenschaftler müssen wieder mehr hinterfragen und die Äußerungen ihrer Mentoren nicht als Gebote hinnehmen.“ Er wünscht sich stattdessen, dass sie sich auch auf neuen Forschungsgebieten austoben, und sich vermehrt mit fachfremden Kollegen austauschen.

“My best advice: don’t listen to advice.”

Ada Yonath is an Israeli chemist – an x-ray crystallographer – who spent 20 years studying the ribosome.  Her persistence paid off, in 2000, when, working with other researchers, she successfully mapped the structure of the ribosome, an achievement for which she shared the 2009 Nobel Prize in Chemistry with Venkatraman Ramakrishnan and Thomas A. Steitz.

The ribosome is a complex molecule, consisting of hundreds of thousands of atoms.  It’s actually a molecular machine (which is one of the key topics of this year’s chemistry-themed Lindau Meeting).

Residing in the cytoplasm outside the cell nucleus, the ribosome is a protein factory. It translates the coded message in DNA into individual amino acids and assembles them into proteins, which are involved in almost every function of living organisms.  

In mammals, there are millions of ribosomes in every cell!  Take a moment to absorb that.  Millions.  In each cell.  I have trouble wrapping my mind around that fact.  It indicates something about the scale of things.  As small as an individual cell is, it somehow contains – among other things(!) – millions of ribosomes, steadily producing proteins.  And, again, each ribosome is a complex network of hundreds of thousands of atoms.  Mapping its structure is essential to understanding how it functions.  And this understanding has provided great insight into the function – and design – of antibiotics, which can kill bacteria by interfering with protein synthesis.

I spoke with Ada at the 2016 Lindau Nobel Laureate Meeting – and she is returning this year for her seventh time – because “being able to contribute to young people is one of the miracles that happened to me after I got the Prize.” 

Watch the video below to hear Ada’s advice for young scientists and non-scientists alike. 

New Drugs for old Bugs (Drug Development – Yonath & Kobilka)


We should all be worried by the growing number of antibiotic-resistant bacteria and we urgently need to develop new drugs, says Ada Yonath. She and Brian Kobilka won Nobel Prizes for using x-ray crystallography to understand cell structures that are vital targets for drug development. In this film, three researchers challenge the structural approach and propose alternative ways to find drugs; some cutting edge, such as computation, and some ancient, such as searching for chemicals deep in the rain forest. What is the best way forward? Or is a combination of techniques the most promising approach?