Unser Babelfisch: Das Ribosom

Wer „Per Anhalter durch die Galaxis“ gelesen oder gesehen hat wird sich sicherlich an diesen lustigen, kleinen Fisch erinnern der sich als Symbiont in den Ohren von Kreaturen festsetzt und sich von den Hirnwellen ernährt und deren Bedeutung im Gegenzug direkt in das Hirn seines Wirtes überträgt und damit die perfekte Übersetzungsmaschine ist. Das Ribosom ist nicht ganz so universell einsetzbar, dafür allerdings auch keine Erfindung eines Science-Fiction-Autors sondern verrichtet brav in unseren Zellen seine Übersetzungsaufgabe.

 

 

Ribosomen sind jene biologischen Übersetzer die sich schlussendlich darum kümmern, dass aus den Informationen die in der Form von Genen in DNA gespeichert sind irgendwann auch nützliche Proteine werden. Denn die schönsten Baupläne für nützliche Proteine bringen nichts wenn man nicht irgendwann vom Reissbrett zum fertigen Produkt kommt. Ada Yonath hat sich um die Aufklärung der Struktur dieser Übersetzungsmaschinen verdient gemacht und dafür 2009 den Nobelpreis für Chemie erhalten. Und ihr Vortrag “The Amazing Ribosome” handelte dann auch genau von ihrer Arbeit.

Anstatt sich bei dem Anhalter durch die Galaxis zu bedienen entnahm sie ihren Vergleich zum Ribosom lieber einem Kinderbuch, was dann auch für weniger nerdige Menschen verständlich ist: Ribosomen sind kleine Fabriken in denen die Bauvorlagen in Form von mRNA angeliefert wird und die von tRNA-Trucks mit den Aminosäuren beliefert wird um Proteine zu produzieren.

Dabei ist das Wissen um die Struktur nicht nur ein reines Gimmick um unsere Neugier zu befriedigen sondern hat auch ganz praktische Gründe: Antibiotika setzen genau bei den Ribosomen an um Pathogene zu bekämpfen: Sie binden an die funktionellen Bindungsstellen der Ribosomen und verhindern so, dass sie ihre Funktion ausführen können. Allerdings sind diese Bindungsstellen hoch konserviert und unterscheiden sich kaum, selbst zwischen uns Menschen und den einfachsten Bakterien. Also wie können Antibiotika dann trotzdem die bakteriellen Ribosomen von unseren Ribosomen unterscheiden?

Yonath verglich diese Aufgabe mit dem Kampf David gegen Goliath. Zum einen wegen des puren Größenvergleichs: Ribosomen sind um einige Potenzen größer als Antibiotika. Und zum anderen müssen auch Antibiotika eine kleine Schwachstelle ausnutzen, so wie David der Goliath am Kopf traf. Denn an der funktionellen Stelle der Ribosomen gibt es zwischen den Bacteria und den Eukaryota (also mehrzelligen Organismen, so wie wir es sind) genau eine Aminosäure die sich unterscheidet. Und genau diese einzelne Aminosäure macht den Unterschied ob ein Antibiotikum funktioniert oder nicht.

Auf der einen Seite ist es erstaunlich, dass so ein kleiner Unterschied einen so großen Unterschied macht. Und auf der anderen Seite sollten wir uns nichts vormachen: Antibiotika-Resistenz ist nur eine Punkt-Mutation weit entfernt. Der Teufel liegt also mal wieder im Detail.

Doch Yonath blieb nicht nur bei den Ribosomen. Sie, selbst zur «Grandma of the year» gekürt, nutze ihren Vortrag auch dafür jungen Wissenschaftlerinnen Mut zu machen: Eine wissenschaftliche Karriere und Familie schliessen sich nicht aus. Sie selbst ist dafür ein tolles Beispiel.

 

 

Die Mikrobe aus der Retorte

Zu den Geistern, die dieses Jahr über den Wassern des Bodensees schweben, gesellt sich dieses Jahr einer, den wir zweifellos bald auch in körperlicher Form in Lindau begrüßen dürfen: Über den Genetiker J. Craig Venter und seine neueste Kreation wird viel geredet werden, wenn die bedeutendsten Wissenschaftler unserer Zeit mit der nächsten Forschergeneration diskutieren.

Und natürlich auch beim Vortrag von Hamilton Smith, der sich heute Nachmittag mit eben diesem Thema befassen wird. Einerseits ist schon beeindruckend, mit welchen Tricks die Wissenschaftler das synthetische Chromosom in den Wirtsorganismus transplantiert haben, aber der Titel des Vortrags – “Building a Synthetic Bacterial Cell” – deutet schon darauf hin, dass Smith einen Blick in die Zukunft und auf Potential und hoffentlich auch die Grenzen der Technik wirft. Denn noch ist es ein weiter Weg zu einem wirklich menschengemachten Organismus.

Wie künstlich das eingesetzte Chromosom wirklich ist, schon darüber kann man streiten. Das Makromolekül ist zwar künstlich erzeugt, die  Gene darauf allerdings wurden allesamt vom Vorbildbakterium übernommen. Aber noch ernüchternder sind hier die Vorträge jener Laureaten, die sich mit Zellkomponenten über die DNA hinaus beschäftigen. Denn auf der Tagesordnung stehen einige zelluläre Systeme, die ungleich komplexer sind als das Erbgut und ebenso unverzichtbar für einen künstlichen Organismus.

Zum Beispiel das Ribosom, das uns heute Morgen Ada Yonath erläutert hat, die auf diesem Gebiet gewisse Expertise vorweisen kann. Das Ribosom ist das zentrale Verbindungselement zwischen den Erbmolekülen und dem Rest der Zelle, und außerdem ein kurioses supramolekulares Aggregat aus Nucleinsäure und Proteinen, für dessen Strukturaufklärung erst letztes Jahr der Nobelpreis verliehen wurde.

Vom anderen Ende des Lebenszyklus der Proteine erzählt Aaron Ciechanover, der die Ubiquitin-abhängigen Peptidentsorgung aufgeklärt hat – ebenfalls ein unerwartet vielseitiger und vor allem präziste gesteuerter Vorgang. Wie wichtig eine korrekt funktionierende Abfallbeseitigung ist, kann jeder bezeugen, der schon mal ein verstopftes Klo erleiden musste. Zwischen Werden und Vergehen der Proteine nehmen diese Biomoleküle nahezu alle Funktionen der lebenden Zelle wahr, in einem molekularen Tanz, über dessen Details wir nur schmerzhaft wenig wissen.

Ein solches Detail ist die posttranslationale Modifikation von Proteinen, ohne die in der Zelle kaum ein Signalweg funktionieren würde, und über die wir an Dienstag von Edmond Fischer ein wenig hören werden, ein anderer das große und wichtige Thema Membranen und ihr Aufbau. Das ist auch das Thema von Jack Szostak auf dieser Nobelpreisträgertagung, der an Vesikeln und Membranen forscht, um eine künstliche Zelle basierend auf einfacher chemischer Selbstorganisation zu entwerfen – quasi der direkte Gegenentwurf zu Craig Venters Top-Down-Ansatz. Über seinen Vortrag werde ich hier noch ausführlich berichten.

Die bemerkenswerten Erfolge moderner DNA-Technologie einige Wissenschaftler und vor allem viele Beobachter zu verführen, die Komplexität des chemischen Phänomens, das wir Leben nennen, zu unterschätzen. Ganz zu schweigen von den Hindernissen, die auf jene warten, die es mit chemischen und molekularbiologischen Methoden nachbauen wollen.

Szostak zum Beispiel zitiert den Chemiker Leslie Orgel. Der hatte vor einer Weile prophezeiht, innerhalb einer Dekade würden selbstreplizierende chemische Systeme künstlich hergestellt werden. Das ist jetzt zwanzig Jahre her, und wir warten immer noch.