Chemie-Nobelpreis geht an Darwins Erben

Der Chemie-Nobelpreis 2018 geht zur Hälfte an die US-Amerikanerin Frances Arnold und zu je einem Viertel an den US-Amerikaner George Smith und den Briten Gregory Winter. Das verbindende Element ist die Entwicklung von neuen Labortechniken, die sich an Prinzipien der Evolution orientieren. Durch das Ausnutzen von zufälligen Mutationen mittels gerichteter Selektion konnten die Forscher die Effektivität vieler Syntheseverfahren verbessern. Der oder die Gewinner bekommen neun Millionen Kronen als Preisgeld (das sind etwa 870.000 Euro). Die eigentlich Übergabe der Nobelpreise erfolgt jedes Jahr im Dezember.

Maßgeschneiderte Enzyme

Frances H. Arnold hat die gerichtete Evolution zur Herstellung von Proteinen, die als Katalysatoren eingesetzt werden können, genutzt. 1993 hat sie ihre erste Arbeit zu dem Thema publiziert, in der sie die Gene für solche Enzyme durch zufällige Mutationen verändert hat. Unter den mutierten Enzymen hat sie diejenigen mit den gewünschten Eigenschaften ausgewählt. So sind über mehrere Generationen Enzyme entstanden, die als Katalysatoren 256 Mal effektiver waren, als das Ausgangsprotein.

Die Anwendungen sind vielfältig, da maßgeschneiderte Enzyme in praktisch jeder chemischen Reaktion als Katalysator eingesetzt werden können, von der Erzeugung von Biodiesel über die Herstellung von Medikamenten bis zur chemischen Industrie, wo die Enzyme als Ersatz für oftmals giftige traditionelle Katalysatoren dienen können. Mit Frances Arnold wurde zum fünften Mal eine Frau mit dem Chemie-Nobelpreis ausgezeichnet.

Antikörper

George Smith und Gregory Winter haben ähnliche Verfahren angewendet, die zur Entwicklung neuer Medikamente geführt haben. Smith hat 1985 eine Methode entwickelt, die Bakteriophagen, das sind Viren, die Bakterien befallen, genetisch so manipuliert, dass sie an ihrer Oberfläche beliebige gewünschte Proteine präsentieren. Diese Phagen-Display genannte Technik erlaubt es, gezielt nach Molekülen zu suchen, die selektiv an die Proteine auf der Phagenoberfläche binden.

Winter hat diese Technik weiterentwickelt, um neue Antikörper herzustellen, die sich selektiv an gewünschte Proteine heften können. So lassen sich beispielsweise Antikörper herstellen, die an Toxine, Entzündungsbotenstoffe oder Krebszellen binden. Auf dieser Basis lassen sich Medikamente entwickeln. Das erste mit dieser Methode hergestellte Medikament wurde 2002 in den USA zugelassen und wird zur Behandlung von rheumatischer Arthritis, Schuppenflechte und Entzündungen im Verdauungstrakt eingesetzt.