Das Nobelpreiskomitee in Stockholm hat im Laufe der Jahre immer wieder Forscher ausgezeichnet, die fundamentale Beiträge zur Wissenschaft geleistet haben. Yoshinori Ohsumi vom Tokyo Institute of Technology erhielt den Nobelpreis für seine "Entdeckungen zum Mechanismus der Autophagie". Seine Arbeit hat grundlegend dazu beigetragen, den Prozess zu verstehen, mit dem sich Zellen in Stresssituationen von ihrem eigenen Ballast befreien.
Autophagie: Ein zellulärer Reinigungsprozess
Biologen hatten bereits in den 1960er-Jahren beschrieben, dass Zellen unter Stress beginnen, ihre eigenen winzigen Organe in kleinen Bläschen abzubauen. Der Belgier Christian de Duve, ein späterer Nobelpreisträger, prägte 1963 den Begriff der Autophagie, des "Selbstaufessens", weil die Zelle mithilfe der Bläschen unbrauchbare Teile von sich selbst praktisch verdaut. Die Mechanismen des Vorgangs blieben jedoch im Dunkeln, bis Ohsumi 25 Jahre später seine Arbeiten an der Bäckerhefe begann.
Ohsumis Entdeckungen in Bäckerhefe
Mithilfe eines genetischen Tricks gelang es Ohsumi, die typischen Bläschen der Autophagie in den Hefezellen deutlich sichtbar zu machen. Er konnte gezielt nach dem Code im Erbgut suchen, der den Prozess steuert. Nach und nach fand der Zellbiologe eine Kaskade von Genen und zugehörigen Eiweißen, die für den Vorgang der Autophagie unentbehrlich sind. Die vielfältigen Proteine fangen ein Stress-Signal auf und werfen daraufhin Ballast ab: Sie leiten die Bildung der kleinen Bläschen ein, die sich um die zu beseitigenden Objekte bilden, und vermitteln auch den Abtransport. Beim Abfall kann es sich um große Eiweißkomplexe handeln, oder aber um komplette Zellorgane, wie zum Beispiel überzählige Energiefabriken der Zelle, Mitochondrien genannt.
Die Bedeutung der Autophagie für die Gesundheit
Autophagie wird heute mit einer Vielzahl von Erkrankungen bis hin zu Krebs in Verbindung gebracht. Viele Forscher arbeiten auf diesem Gebiet, was die Bedeutung der Entdeckungen des Japaners unterstreicht. Neurobiologen interessieren sich insbesondere für das Phänomen, da es einen Zusammenhang mit neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer oder Chorea Huntington geben könnte.
Autophagie und Alzheimer: Ein möglicher Zusammenhang
"Wir wissen heute, dass die Autophagie in alternden Nervenzellen oft nicht mehr richtig funktioniert", erklärt Volker Haucke vom Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie in Berlin-Buch. Man sucht deshalb nach Wirkstoffen, die den Prozess stimulieren. Thomas Sommer warnt jedoch davor, voreilig davon auszugehen, dass die Autophagie eine Möglichkeit bietet, Alzheimer zu heilen. "Es ist bis heute nicht klar, ob Proteinablagerungen die Ursache, oder nur ein Symptom dieser neurodegenerativen Erkrankungen seien".
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Die Rolle von Proteinablagerungen
Die Alzheimer-Krankheit ist durch die Ablagerung von Proteinen im Gehirn gekennzeichnet. Diese Ablagerungen, bestehend aus Amyloid-Beta-Plaques und Tau-Fibrillen, beeinträchtigen die Funktion von Nervenzellen und führen zu kognitiven Beeinträchtigungen. Ob diese Proteinablagerungen jedoch die eigentliche Ursache der Krankheit sind oder lediglich ein Symptom, ist noch nicht vollständig geklärt.
Autophagie als Schutzmechanismus
Autophagie könnte eine wichtige Rolle bei der Beseitigung dieser Proteinablagerungen spielen. Durch die Aktivierung der Autophagie könnten Zellen in der Lage sein, schädliche Proteine abzubauen und so die Entstehung von Alzheimer zu verhindern oder zu verlangsamen.
Forschung zu Wirkstoffen zur Stimulierung der Autophagie
Die Suche nach Wirkstoffen, die die Autophagie stimulieren, ist ein vielversprechendes Forschungsgebiet. Es gibt bereits einige Substanzen, die in Zellkulturen und Tiermodellen eine positive Wirkung gezeigt haben. Ob diese Substanzen jedoch auch beim Menschen wirksam sind und Alzheimer verhindern oder behandeln können, muss in klinischen Studien noch gezeigt werden.
Weitere Nobelpreisträger und ihre Beiträge zur Chemie
Neben Ohsumi gibt es weitere Nobelpreisträger, deren Arbeit für die Chemie von Bedeutung ist.
Dominik Schumacher und die Entwicklung neuer Technologien
Dominik Schumacher erhielt den Schering Preis für die beste Promotion im Fach Chemie für seine Arbeit „Site-specific functionalization of antigen binding proteins for cellular delivery, imaging and target modulation“. Er entwickelte zwei Technologien, die dazu beitragen können, das Verständnis von Krankheiten sowie deren Behandlung entscheidend zu verbessern. Tub-tag ist ein molekularer Kleber, der es ermöglicht, kleine chemische Moleküle mit Proteinen und anderen Biomolekülen zu verknüpfen. Im Rahmen des zweiten Projektes und mit der Entwicklung von zellpermeablen Nanobodies ist es gelungen, Biomoleküle und intrazelluläre Prozesse „live“ in lebenden Zellen zu beobachten.
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Peter Scholze und seine mathematischen Entdeckungen
Peter Scholze erhielt im Alter von 30 Jahren als zweiter Deutscher die Fields-Medaille. Er stellte eine neue Theorie zur Beschreibung von p-adischen Räumen auf. Mit Hilfe dieses neuen Ansatzes kann er unter anderem ein wichtiges Theorem seines Bonner Kollegen Gerd Faltings verallgemeinern und neue geometrische Interpretationen für Räume liefern, die sein Doktorvater Michael Rapoport erstmals beschrieben hatte. Er erweitert damit das Methodenspektrum der Mathematik ganz wesentlich und unerwartet.
Stefan Hell und die superauflösende Mikroskopie
Stefan Hell wurde mit dem Nobelpreis für Chemie für die Entwicklung der superauflösenden Fluoreszenzmikroskopie ausgezeichnet. Gemeinsam mit ihm wurden die US-Wissenschaftler Eric Betzig und William Moerner ausgezeichnet. Unabhängig voneinander haben die drei die hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie entwickelt, mit der sich selbst allerkleinste Moleküle sichtbar machen lassen. Damit stießen sie weit in einen kaum für möglich gehaltenen Nanobereich vor.
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