Medizinnobelpreis 1972: Gerald Maurice Edelman — Rodney Robert Porter

Medizinnobelpreis 1972: Gerald Maurice Edelman — Rodney Robert Porter

 

Die beiden Wissenschaftler erhielten den Nobelpreis für Medizin oder Physiologie »für ihre die chemische Struktur der Antikörper betreffenden« Entdeckungen.

 

 Biografien

 

Gerald Maurice Edelman, * New York 1. 7. 1929; besuchte die Medical School der University of Pennsylvania, 1954 Promotion, ab 1955 Captain im U.S. Army Medical Corps, ab 1957 am Rockefeller Institute for Medical Research (New York), 1960 Promotion im Fach Chemie, ab 1966 Professor für Biochemie an der Rockefeller University und Direktor des Neurosciences Institute.

 

Rodney Robert Porter, * Newton-le-Willows (England) 8. 10. 1917, ✝ Winchester (England) 7. 9. 1985; 1948 Promotion im Fach Chemie an der University of Cambridge, 1949-60 am National Institute of Medical Research (Mill Hill, London), 1960-67 Professor für Immunologie an der London University, anschließend Professor für Biochemie an der University of Oxford.

 

 Würdigung der preisgekrönten Leistung

 

In den menschlichen Körper dringen unentwegt Pilzsporen, Viren, Bakterien und andere Fremdorganismen ein — etwa durch eine Wunde oder durch die Lungen. Ein Teil dieser Lebensformen versucht gezielt, sich einzunisten, und kann dabei dem Wirtsorganismus schaden. Gegen solche aggressiven Eindringlinge wappnet sich der Organismus mit dem Immunsystem. Das Eindringen von Fremdkörpern (Antigenen) löst im Körper die so genannte Immunantwort aus. Eine derartige Reaktion kann zum Beispiel in der Ausschüttung von Fresszellen im Blut oder einer Erhöhung der Körpertemperatur bestehen. Das System kann sich aber auch ganz individuell auf einen ganz bestimmten Typ Antigen einstellen. Das geschieht zum Beispiel, wenn die Rezeptoren einiger B-Lymphozyten (weiße Blutkörperchen) an die Antigene andocken: Dadurch werden die B-Lymphozyten veranlasst, bestimmte Eiweiße (Antikörper oder Immunglobuline) auszuschütten und sich selbst zu vervielfältigen. Die Antikörper verknüpfen sich mit den Antigenen. Dies führt zu Verklumpung und macht die Antigene unschädlich. Hat das Immunsystem einmal erfolgreich einen Eindringling bekämpft, speichert es die Informationen über den Krankheitserreger, um noch nach Jahren bei einem neuerlichen Angriff zu reagieren.

 

Die ersten wichtigen Erkenntnisse über die Existenz der Antikörper erhielt die Wissenschaftswelt 1890, als Emil von Behring (Nobelpreis 1901) entdeckte, dass man gesunde Tiere gegen Tetanus oder Diphtherie immunisieren kann, indem man das Blutserum genesener Tiere auf sie überträgt. Es musste sich also nach der Erkrankung ein Stoff im Blut befinden, der eine spezifische Information über den Krankheitserreger weitergeben kann; Behring nannte ihn »Antitoxin«. Auch der österreichische Immunologe Karl Landsteiner (Nobelpreis 1930) erforschte den Mechanismus der Immunisierung. Ihm war klar, dass die Toxin-Antitoxin-Theorie, wie sie Behring vorgeschlagen hatte, eher als »Antigen-Antikörper-Reaktion« beschrieben werden musste. Da es unzählige Krankheiten gibt, muss der Körper auch Millionen verschiedene Antikörper herstellen können, folgerte Landsteiner. Modernen Schätzungen zufolge gibt es mindestens 10⁸ verschiedene Antikörper im menschlichen Organismus.

 

 Das Schlüssel-Schloss-Prinzip

 

Antikörper sind sich in ihrer chemischen Struktur äußerst ähnlich. Man kann die Immunglobuline mit Schlüsseln vergleichen: Auf den ersten Blick haben sie alle die gleiche Form. Trotzdem passt jeder Schlüssel nur in ein bestimmtes Schloss. In den 1950er-Jahren beschäftigte sich Henry Kunkel, einer der Begründer der klinischen Immunologie, am Rockefeller Institute in New York City mit der Untersuchung dieser »Schlüssel« aus Aminosäuren. In jenen Jahren war es noch schwierig, ausreichend Immunglobulin der gleichen Bauart in Reinform zu extrahieren. Außerdem stellte die Analyse der vollständigen Eiweißstrukturen die Biochemiker vor eine damals unlösbare Aufgabe — sie waren schlicht zu groß, um eine Untersuchung des »Schlüsselbartes« im Detail durchführen zu können. Kann man aber einen Schlüssel so auseinander schneiden, dass ein Teil der Bruchstücke hinterher immer noch das Schloss öffnet?

 

Gerald Edelman begann 1957 die Molekülketten des Immunglobulins in Teilstücke zu zerlegen, indem er die relativ leicht zu lösende Disulfidbrücken zwischen den Aminosäureketten aufbrach. So zerstörte er zwar die Grobstruktur, ließ aber die Feinstruktur — die Ketten aus Aminosäuren — unbeschädigt. 1961 gelang ihm der entscheidende Schritt: Er zerteilte das Immunglobulin G (IgG) — einen der wichtigsten Antikörper beim Menschen — in zwei Sorten von Eiweißketten. Die Forscher erhielten eine leichte (»L-chain«) und eine etwa doppelt so lange schwere Kette (»H-chain«). Dasselbe Problem beschäftigte zu jener Zeit Rodney Porter. Er spaltete 1958/59 ebenfalls das IgG-Molekül. Er gebrauchte das Enzym Papain als »Proteinsäge« und erhielt drei Stücke, zwei kurze und ein langes. Die beiden kurzen Stücke zeigten die gewohnte Wirkung des Immunglobulins.

 

 Ein Y-förmiges Molekül

 

1962 gab er die Grobstruktur des IgG öffentlich bekannt. Dabei handelt es sich um ein Y-förmiges Molekül. Die zwei schweren Ketten bilden gemeinsam den Stamm und verzweigen sich zu zwei Ästen, die jeweils durch die eine leichte Kette verstärkt werden. Zusammengehalten wird das Ganze durch Disulfidbrücken. Das Y-förmige Molekül besitzt mit seinen Ästen zwei identische reaktive Enden, die die Antigene festhalten können. Jeder dieser beiden Rezeptoren wird aus zwei verschiedenen Bestandteilen zusammengesetzt: den Enden der leichten und der schweren Kette. Alle fünf Klassen von Immunglobulin, die beim Menschen vorkommen, weisen dieselbe Y-Form auf. Damit war jedoch noch nichts über die Feinstruktur, den Aufbau der leichten und der schweren Aminosäurekette, ausgesagt. 1965 begann das Team um Edelman und Porter, sie zu entschlüsseln. Schon vier Jahre später konnte das Projekt erfolgreich abgeschlossen werden.

 

Die Leistung Porters und Edelmans liegt nicht nur in der Entdeckung der Y-Form des Immunglobulins und dessen Feinstruktur. Durch regen Informationsaustausch förderten sie auch entscheidend die generelle Entwicklung der Immunologie. Außerdem konnte durch das neue Strukturmodell ein weiteres Rätsel des Immunsystems gelöst werden: die Frage, wie die Form der Antikörper gespeichert wird. Das menschliche Genom allein reicht nicht aus, um 10⁸ verschiedene Aminosäureketten jeweils mit einem Gen zu beschreiben. Edelman entwickelte daher ein Modell, nach dem jede Kette von zwei Genen beschrieben wird, wobei bei der Kombination der Gene Veränderungen an der Kettenstruktur auftreten — wie sich zeigte, lag er damit im Wesentlichen richtig.

 

Während Porter der Immunologie treu blieb, begann Edelman sich in den 1970er-Jahren auf die Neurologie zu verlegen. Er übertrug verschiedene Ergebnisse der Antikörperforschung auf die Entwicklung des Gehirns und des Bewusstseins. Ende der 1980er-Jahre beschrieb er in drei Werken seine wichtigen Ideen von einem Darwinismus der Nerven: Individuelle Netzwerke aus Nerven bildeten sich nach den Darwin'schen Gesetzen der Auslese.

 

A. Loos