Chemie-Nobelpreis für die gelenkte Evolution
Seit der Entstehung der ersten lebenden Zellen vor rund 3,5 Milliarden Jahren hat sich das Leben auf der Erde stetig weiterentwickelt. Im Laufe der Zeit sind dabei nicht nur die Organismen immer komplexer geworden – auch auf der Ebene der Zellen und des Stoffwechsels hat die Evolution zu immer neuen molekularen Werkzeugen geführt. Mutation und Selektion brachten dabei vor allem bei den Proteinen, den elementaren Bausteinen allen Lebens und "Arbeitspferden" der Zellmaschinerie, immer effektivere Formen hervor.
Genau dieses Prinzip der biologischen Evolution haben sich die diesjährigen Chemie-Nobelpreisträger zunutze gemacht: Frances Arnold sowie George P. Smith und Sir Gregory P. Winter. Die US-Forscherin Arnold erhält eine Hälfte des Preises, weil sie eine Methode entwickelte, mit der sich Enzyme durch Veränderungen ihres genetischen Bauplans und mithilfe von Bakterien maßschneidern lassen. Ihr Verfahren gehört heute zu den Standardmethoden der Biochemie und wird unter anderem für die Arzneimittelproduktion und die Herstellung von Biokraftstoffen genutzt.
Der US-Forscher Smith und der Brite Winter nutzten ein ähnliches Prinzip: Sie setzten als Helfer für die Produktion neuer Proteine sogenannte Phagen ein, bakterienbefallende Viren. Ihre mit der zweiten Hälfte des Preises ausgezeichnete Methode eignet sich für die gezielte Entwicklung von Antikörpertherapien – und hat bereits neue Medikamente gegen rheumatoide Arthritis, chronische Darmentzündungen, metastasierenden Krebs und bestimme Toxine hervorgebracht.
Physik-Nobelpreis für Werkzeuge aus Licht
Vom Kassenscanner im Supermarkt über die optische Datenübertragung und Nanotechnologie bis hin zur Fahndung nach Gravitationswellen – Laser sind aus Alltag und Wissenschaft heute nicht mehr wegzudenken. Drei Wissenschaftler, die dieses Forschungsfeld revolutioniert haben, werden in diesem Jahr mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet: für die Erfindung neuer optischer Werkzeuge.
Arthur Ashkin erhält eine Hälfte des Preises für die Entwicklung der Laserpinzette - einer Methode, mit der sich winzige Bakterien, Viren und selbst Atome mittels Laserlicht festhalten und gezielt bewegen lassen. Optische Pinzetten nach Ashkins Vorbild sind aus der Forschung inzwischen kaum mehr wegzudenken. Mit ihnen manipulieren Wissenschaftler das Erbmolekül DNA, setzen Nanokonstrukte zusammen oder erforschen die Prozesse im Inneren von Zellen.
Die zweite Hälfte des Preises teilen sich Gérard Mourou und Donna Strickland: Sie haben eine Methode entwickelt, mit der sich Laserpulse extrem verkürzen und komprimieren lassen. Dadurch wurde erstmals die Produktion ultrakurzer Laserpulse mit hoher Intensität möglich. Auch sie sind heute ein wichtiges Werkzeug der Wissenschaft: Mithilfe von Femto- und Attosekundenpulsen entschlüsseln Forscher die Struktur komplexer Moleküle, verfolgen fast in Echtzeit, wie chemische Bindungen entstehen und tauchen in die Grundlagenphysik der Materie ein. Auch auf Laser basierende Teilchenbeschleuniger oder Laserskalpelle beruhen auf ultrakurzen Laserpulsen.
Medizin-Nobelpreis für die Immuntherapie gegen Krebs
Eigentlich ist unser Immunsystem bestens dafür gerüstet, Krebszellen zu erkennen und zu beseitigen. Trotzdem entwickeln viele Menschen Tumorerkrankungen. Der Grund: Krebszellen haben effektive Strategien entwickelt, um der körpereigenen Abwehr zu entgehen. Sie senden spezielle Botenstoffe aus, mutieren blitzschnell oder tarnen sich. Sogenannte Immuntherapien sollen diese Immunblockade durchbrechen und den Krebs für die Abwehrzellen wieder sichtbar machen.
Den diesjährigen Nobelpreis für Medizin erhalten zwei Forscher, die wichtige Grundlagen für die Entwicklung solcher Therapien geschaffen haben: der US-Amerikaner James P. Allison und der Japaner Tasuku Honjo. Hintergrund der ausgezeichneten Arbeiten war die Erkenntnis, dass die Immunreaktion auf Krebs nicht nur durch die zellulären Antigene der entarteten Zellen ausgelöst wird. Stattdessen benötigen die T-Zellen des Immunsystems weitere Signale, die ihre Aktivität entweder verstärken - oder aber hemmen. Entscheidend dafür sind bestimmte Rezeptoren auf der Oberfläche der Immunzellen.
Allison und Honjo identifizierten unabhängig voneinander jeweils einen Rezeptor, der die Arbeit der T-Zellen hemmt. Doch nicht nur das: Sie entwickelten auch Antikörpertherapien, die diese beiden Bremsen lösen können. Die von ihnen entwickelten Therapien haben inzwischen in klinischen Studien ihre Wirksamkeit bewiesen - und helfen heute unter anderem bei der Bekämpfung von Hautkrebs, Lungen- und Nierenkrebs.
