Meine Eingebung kam am 25. April 1989, als ich ein Seminar von Paul Brehm besuchte und Paul die Arbeit beschrieb,
über die Osamu gerade gesprochen hat, mit Quallen.
Er beschrieb, dass Aequorea, wenn sie Kalzium hätte, blau leuchten würde, das hatte ich vorher schon einmal gehört,
aber dann kam etwas, wovon ich noch nie gehört hatte, nämlich dass Aequorea plus Kalzium plus dieses wundervolle Protein
mit der Bezeichnung Grün Fluoreszierendes Protein grünes Licht ergeben würden.
Und dass man UV-Licht auf GFP richten und grünes Licht erhalten würde.
In den vorangegangenen 10 Jahren hatte ich stets erzählt, dass das wirklich Wunderbare an diesem kleinen Wurm,
mit dem ich arbeitete, die Tatsache sei, dass er durchsichtig ist.
Wenn man das 10 Jahre lang immer wieder sagt, beginnt man selbst zu glauben, dass das Tier durchsichtig ist.
Und ich erzählte, wie schwierig es für uns war, die Genexpression zu untersuchen.
Als ich das nun hörte, war der gesamte Rest des Seminars plötzlich unwichtig geworden, ich überlegte mir die ganze Zeit nur noch,
was wir daraus machen würden.
Am nächsten Tag – nun, hier habe ich Gekritzel vom nächsten Tag, als ich versuchte, jemanden zu finden,
der diese Arbeit ausführen konnte und ich stellte fest, dass Douglas Prasher am Klonen der CDNA arbeitete.
Es war etwas schwierig, weil wir einige Jahre keinen Kontakt mehr gehabt hatten.
Aber 1992 trafen wir uns wieder und Douglas sandte uns den Klon für die CDNA,
ich hatte glücklicherweise eine sehr nette Doktorandin, Ghia Euskirchen, die gerade angefangen hatte
und wir wollten jetzt herausfinden, ob dies funktionieren könnte.
Jetzt möchte ich ein paar allgemeine Hintergrundinformationen liefern, seinerzeit wusste man,
dass das fluoreszierende Protein keine Zugabe anderer Komponenten benötigte.
Das war gut, weil wir die Zellen nicht durchdringen oder verletzten wollten, um etwas einzuführen.
Das Problem war aber – ich glaube, das ist jetzt etwas durcheinander geraten,
ich habe die Folie gerade verloren, sie muss hier irgendwo sein.
Ich will die Situation kurz ohne Bild beschreiben.
Das Problem war, dass dieses Rückgrat aus primären Aminosäuren einen 5-gliedrigen Ring bilden musste und niemand wusste,
wie viele Enzyme man dafür brauchen würde.
Es war also ein Spiel und die meisten dachten, dass man noch etwas zusätzlich brauchen würde,
dass es nicht von allein funktionieren würde.
Ghia hatte also den Klon und wir überlegten, wie wir vorgehen wollten, hier ist ein Bild von Ghia.
Und binnen eines Monats gelang es dieser neuen Doktorandin tatsächlich, grün fluoreszierende Bakterien herzustellen,
wie hier in ihrem Labortagebuch zu sehen ist.
Wir waren extrem aufgeregt.
Aber es gibt noch einen anderen wichtigen Punkt:
Man hat den Eindruck, dass die Experimente ganz einfach sind, man macht einfach diesen Versuch und wir hatten Glück.
Warum wir Glück hatten, hat aber mit dem Mikroskop zu tun.
Sie hatte das Mikroskop von 368 Engineering Terrace benutzt
und sie hatte gerade ihren Master in chemischer Verfahrenstechnik gemacht und wusste,
dass es in ihrem alten Labor an der Columbia Universität ein sehr gutes Fluoreszenzmikroskop gab.
Sie wusste auch, dass das Fluoreszenzmikroskop in meinem Labor eigentlich ein Witz war, und dass es nicht funktionieren würde.
Hätten wir ihre Proben mit unserem eigenen Mikroskop betrachtet, dann hätten wir festgestellt,
dass das Experiment nicht funktioniert hat, das wäre schrecklich gewesen.
Sie hat glücklicherweise schnell erkannt, dass unser Mikroskop nicht ausreichte, es war schon ziemlich alt.
Sie fuhr also in ihr altes Labor, benutzte das Mikroskop dort und erhielt dieses wunderbare Ergebnis.
Es stellte sich uns also das Problem, wie man weiter forschen sollte, nachdem wir etwas Aufregendes entdeckt hatten,
aber wussten, dass unsere Ausrüstung nicht gut genug war.
Zunächst versuchte ich das Problem zu lösen, indem ich bei der Fakultät ein Mikroskop auslieh, aber das ging nicht lange gut.
Dann rief ich bei verschiedenen Firmen an und erzählte ihnen, dass ich ein Mikroskop kaufen wollte
und ob sie mir vielleicht ein Gerät zum Ausprobieren zur Verfügung stellen könnten, und ob es vielleicht auch möglich wäre,
es beispielsweise einen Monat lang zu behalten.
Das hat funktioniert und wenn Sie einen Blick in unseren Vortrag werfen, finden Sie eine etwas merkwürdige Fußnote,
die darauf hinweist, dass die Fluoreszenz unter diesem und diesem und unter jenem oder jenem Mikroskop zu sehen ist.
Ich danke in diesem Vortrag allen, die mir ihr Mikroskop zur Verfügung gestellt haben.
Wir haben dies also mit unseren Würmern umgesetzt, führten weitere Experimente durch und gingen dann an die Veröffentlichung.
Wie Sie wissen, erschien unser Bericht in „Science”, aber zuvor mussten noch einige Probleme gelöst werden.
Das erste betraf den Titel, wir reichten den Bericht ein unter dem Titel
„Green florescent protein, a new marker for gene expression „ (Grün fluoreszierendes Protein,
ein neuer Marker für die Genexpression”) und waren von diesem Titel sehr begeistert.
Wie Sie vielleicht wissen, schauen sich die Leute bei „Science“ zuerst den Bericht an und entscheiden dann,
ob es sich lohnt, ihn ins Lektorat zu geben.
Ich erhielt also einen Anruf, dass der Bericht nicht interessant genug sei, wegen des Titels.
Ich fragte:
„Was ist mit dem Titel?“ Sie sagten, JEDER Artikel im „Science Magazine“ sei neu und bahnbrechend,
ich müsste den Titel daher anders formulieren.
Ich mag es nicht, wenn man mir vorschreibt, was ich zu tun habe.
Die Lektoren erhielten also einen anderen Titel,
nämlich „The Aequorea Victoria green florescent protein needs no exogenously added component
to produce a florescent product in prokaryotic and eukaryotic cells“ („Das grün fluoreszierende Protein in Aequorea Victoria
benötigt keine exogen zugeführten Komponenten für die Erzeugung von Fluoreszenz in prokaryotischen und eukaryotischen Zellen“),
also eine Zusammenfassung des gesamten Inhalts.
(Applaus)
Daraufhin haben sie den Artikel angenommen und der Redakteur sagte:
„Wissen Sie, der Titel ist etwas lang, könnten Sie ihn ändern?“
Das habe ich getan und legte ihnen fast wieder genau den ursprünglichen Titel vor, vielleicht war das ja von Anfang an so gewollt.
Ein anderer Punkt hat mit dem Bild hier zu tun, auf das ich sehr stolz war,
man sieht hier diese Nervenzelle beim Wachstum mit ihrer Wachstumsknospe, eine Aufnahme von einem lebenden Tier,
davon war ich sehr begeistert.
Der für das Titelbild verantwortliche Redakteur rief mich an und sagte:
„Wissen Sie, das ist ein sehr schönes Bild, aber leider gibt es eine Farbe, die wir auf dem Titelbild eigentlich nie bringen,
weil sie so schwer zu drucken ist, nämlich Grün, können wir stattdessen eine andere Farbe nehmen?“ Und ich sagte:
„Nein, das geht nicht“.
Das sind die Probleme, die man zu bewältigen hat, wenn man seine Arbeit veröffentlichen will, das ist wirklich so.
Wir hatten bereits Proben der CDNA an eine Reihe von Leuten geschickt, die uns schon über ihre Erfolge berichteten.
Wir baten einige von ihnen, ihre unveröffentlichte Arbeit in unserem Artikel verwenden zu dürfen
und die meisten stimmten bereitwillig zu.
Außer einer Person, die diesen Brief geschrieben hat:
„Marty, es ist in Ordnung, wenn Du aus meinen unveröffentlichten Ergebnissen in Deinem Artikel über GFP in „Science“ zitierst,
aber nur unter den folgenden Bedingungen:
Du kochst die nächsten zwei Monate samstagmorgens pünktlich um 8.30 h Kaffee,
Du bereitest ein französisches Essen zu einem Zeitpunkt meiner Wahl zu
und leerst für den nächsten Monat jeden Abend den Mülleimer.“ Das war meine Frau.
(Lachen).
Aber das war sehr wichtig, denn ihr gelang wirklich der nächste Schritt in der Entwicklung von GFP,
sie erzeugte als erste ein Fusionsprotein, indem sie GFP einem Protein hinzufügte, an dem sie arbeitete.
Es handelte sich um ein Protein in einem sich entwickelnden Ei, das ist dieses große Teil rechts hier im Bild,
von Drosophila und sie wollte wissen, wo dieses Protein hinwandert.
Sie können sehen, wie es hier von den Zellen links in das wachsende Ei rechts transportiert wird und sich am Pol absetzt,
genauer gesagt, an beiden Polen.
Sie konnte dies dann in eine Mutation einbringen, die nicht das normale Gen hatte, und das fehlende Gen damit ersetzen.
Sie wusste also, dass es richtig funktionierte.
Und sie konnte beobachten, wie es sich in lebenden Ovozyten verhielt.
Das war also eine ganz wichtige Entdeckung.
Ich bin der Meinung, ich habe all ihre Forderungen erfüllt, sie sieht das leider nicht so,
daher streiten wir immer noch darüber, aber der Artikel wurde schließlich veröffentlicht.
Was GFP so nützlich macht, ist vor allem Folgendes:
Es kann genetisch codiert werden, wir können es in einen Organismus einbringen und die nächste Reihe, die Nachkommen,
haben es alle, wir müssen es nicht jedesmal wieder hinzufügen.
Es ist nicht invasiv, wir müssen es nur mit blauem Licht bestrahlen und erhalten grünes Licht zurück.
Wir brauchen die Tiere nicht zu fixieren, wir verletzen sie nicht, wir bestrahlen sie nur mit Licht, das ist völlig unschädlich.
Das Molekül ist klein und monomer und hat den Vorteil, dass es durch die Zelle diffundieren kann,
wenn es nicht irgendwo festgemacht wird; man kann so eine gesamte Nervenzelle darstellen, das zeige ich Ihnen gleich.
Und schließlich kann es, wie ich bereits mehrfach erwähnte, in lebenden Organismen eingesetzt werden
und bietet uns damit erstmals eine dynamische, statt einer rein statischen Sicht auf sie.
Eine große Hilfe war hierbei die Arbeit von Roger Tsien; ich weiß nicht, ob er darüber sprechen wird,
daher will ich nur kurz erklären, dass er die Strahlungs- und Anregungseigenschaften verändert hat,
er ist auch für diese wunderbaren farbigen Bilddarstellungen und molekularen Maschinen auf der Grundlage von FRET bekannt.
Dank all dieser Vorteile wurde GFP immer stärker eingesetzt,
in PubMed sind mindestens 30.000 Artikel zu Fluoreszenzproteinen gelistet und das ist wahrscheinlich nur die Hälfte von dem,
was tatsächlich existiert, denn meistens tauchen „GFP“ oder „Fluoreszenz“ überhaupt nicht mehr im Titel,
der Zusammenfassung oder den Schlagworten auf.
Es gibt also sicher noch viel mehr.
Um Ihnen eine Vorstellung von der ganzen Palette zu geben, hier eine Art Fotogalerie - Würmer, Fliegen, Canolapflanze ganz oben,
Mäuse, Zebrafische in der Mitte und unten links hier sehen Sie Elba, das GFP-Kaninchen,
das für den Künstler Eduardo Kac hergestellt wurde, der es als Haustier hielt, es aber auch ausstellte,
um Diskussionen über Technologie, Forschung und Kunst und so weiter anzustoßen.
Und rechts sehen Sie eine Auswahl verschiedener Zelltypen mit GFP-Expression.
Aber, wie ich bereits sagte, ist das Wichtigste an GFP, dass man einen Einblick in lebende Zellen erhält,
das möchte ich Ihnen an einigen Beispielen zeigen.
Eines ist dieses wunderbare Bild von der Teilung eines Drosophila Fruchtfliegenembryos, in dem die Tubuline markiert sind,
so dass man die Spindeln an allen sich teilenden Zellen erkennen kann.
Wenn man den Film abspielt, kann man die Zellteilung erkennen.
Sie sehen, wie herrlich synchron sie abläuft und wie immer mehr Zellkerne in der Zelle entstehen.
Diese Person hier, Rosalind Silverman Gavrila, ist eine erstaunliche Künstlerin, streng genommen ist sie keine Künstlerin,
aber sie hat etwas, was man als begnadet bezeichnen kann, und das will ich Ihnen zeigen.
Sie hat GFP mit einem Peptid verschmolzen, das ein Signal für die Lokalisierung von Zellkernen ist.
Immer wenn ein Zellkern in der Nähe ist, wird das GFP hineingesaugt.
Aber wenn die Zellkerne während der Zellteilung in diesen Embryos kollabieren, diffundiert es durch die Zelle.
Mit Hilfe dieser Farben zur Darstellung der Intensitäten konnte sie somit diesen wunderbaren Film aufnehmen.
Man sieht, wie sich die Zellkerne bilden und wie das ganze GFP in den Zellkern wandert.
Dann verschwinden sie alle wie eine einzige Welle.
Der ganze Embryo wird gefüllt und dann erscheint die nächste Runde Zellkerne.
Und sie verschwinden auch wieder.
Sie sehen, was alles gemacht worden ist.
Jeff Lichtman und Josh Sanes haben diese wunderbare Art entwickelt,
Zellen mit verschiedenen Mengen farbiger Fluoreszenzproteine zu markieren
und viele verschiedene Zellen im Gehirn zu unterscheiden.
Es sind wunderbare Arbeiten entstanden.
Osamu hat nicht erzählt, wie schwierig es für ihn war, GFP in Aequorea zu isolieren und dann das GFP zu finden.
In seiner Rede anlässlich der Nobelpreisverleihung können Sie die ganze Geschichte hören, aber es war wirklich schwierig.
Als dieser Film über eine andere Art der GFP-Isolierung erschien, war es daher eine große Überraschung.
Man nimmt einfach eine Qualle, steckt eine Pipette hinein und saugt das GFP heraus.
Man muss dann noch etwas mit den Chromosomen arbeiten, aber man erhält grüne Biolumineszenz in Aequorea,
die hier als der Organismus bezeichnet wird.
Und eine sehr schnelle Reaktion.
Das ist das Poster zu einem Film, in dem so etwas wie die erste transgene Anwendung von GFP beim Menschen proklamiert wird,
der Film „Hulk“ von Ang Lee - meines Wissens ist so etwas noch nie wirklich passiert.
Ich möchte jetzt etwas über unsere Arbeit im Labor erzählen und über die Probleme, auf die wir stießen.
Wir haben GFP in meinem Labor also auf ganz verschiedene Arten eingesetzt, um die Tastempfindlichkeit zu untersuchen.
Wir haben untersucht, wie in der Tafel oben zu sehen ist, ob ein Gen sich in den sechs tastempfindlichen Zellen zeigt.
Das ist ein Beispiel, bei dem das GFP durch alle Nervenzellen hindurch diffundiert ist.
Die mittleren Tafeln zeigen mit Hilfe von zwei verschiedenen Farben, dass eine Kolokalisierung stattfindet
und wir sehen die Expression von zwei Genen in den gleichen Zellen.
Und unten sehen wir, dass GFP beim Verschmelzen mit einem Protein nicht lokalisiert ist oder nicht durch die Zelle diffundiert,
sondern sich in bestimmten Bereichen in den Zellen lokalisiert.
Das ermöglichte uns die Entdeckung dieser mechanosensitiven Zentren in den Zellen.
Wir haben dies auch als Grundlage für eine Mutagenese genutzt; wenn man eine Zelle findet, kann man das Tier nehmen,
die Zelle mutieren und die Veränderung beobachten.
Wenn nicht die richtige Anzahl von Zellen vorhanden ist, aus denen die Nervenzellen unnatürlich wachsen,
stimmt vielleicht etwas mit der Richtung nicht oder sie verzweigen sich falsch.
Hier unten sieht man zum Beispiel eine GFP-Fusion mit einem Protein, das nur die Synapsen betrifft,
man kann dann nach Mutanten suchen, die keine Synapsen haben.
Man kann also gezielt Gene suchen, die für die Verbindungen zwischen Nervenzellen wichtig sind,
dafür gibt es viele Möglichkeiten, je nach Einfallsreichtum der Forscher.
Durch die Markierung von Zellen mit GFP ist es ferner möglich, diese Zellen zu isolieren und die Tafel oben rechts zeigt Zellen,
die wir aus einem Embryo entnommen und auf einer Nährlösung gezüchtet haben.
Nur die tastempfindlichen Zellen exprimieren GFP, sie wachsen auf dem Substrat
und wir können sie durch einen Zellensortierer schicken, von den anderen Zellen isolieren und dann feststellen,
welche RNAs in diesen Zellen zu stark exprimiert sind.
Darauf werde ich später noch zurückkommen.
Wir haben GFP ferner für die Markierung von Zellen genutzt, für die wir elektrische Signale aufgezeichnet haben,
das sieht man im Diagramm unten rechts.
So konnten wir den ersten echten Beweis für einen tierischen Mechanosensor erzeugen.
Das alles sind ganz unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten.
Und das ist alles nur die Spitze des Eisbergs, zahlreiche Leute haben viele andere wunderbare Möglichkeiten
für den Einsatz von GFP entwickelt.
Wir haben also nun diesen Komplex für die Tastempfindlichkeit, aber diese vielen Einzelteile führen auch zu vielen neuen Fragen.
Ich habe daher einiges hier rot markiert, und während ich die Bilder durchgehe, werde ich erzählen, was das jeweils bedeutet.
Es stellt sich uns also die Frage:
Ok, das ist tastempfindlich, nun fragen wir uns, wie kann dieses Tier verschiedene Zelltypen bilden, wie ist das möglich, wie erhält man verschiedene Zelltypen.
Die zweite Frage lautet:
Jetzt haben wir zwar etwas gefunden, aber wie funktioniert es eigentlich.
Wir wissen es nicht, dafür brauchen wir Ingenieure, Physiker, Chemiker, die uns helfen, zu verstehen,
wie es tatsächlich funktioniert.
Alles was rot dargestellt ist, waren Proteine, die in irgendeiner Weise mit dem Lipid zu tun hatten,
dieses Lipid scheint für den Aufbau der Struktur sehr wichtig zu sein.
Wir haben keine Ahnung, an diesem Punkt wird auch die Chemie sehr wichtig für uns.
Die vierte Frage lautet:
Wie können wir wissen, ob wir schon alle Gene gefunden haben, die für diesen Prozess erforderlich sind.
Und schließlich die letzte Frage, die wir gerade erst stellen:
Ok, wir haben jetzt gesehen, wie man Gene aktiviert, aber wie werden sie wieder deaktiviert?
Ich möchte hier nur kurz über drei davon sprechen.
Wie werden unterschiedliche Zelltypen erzeugt?
In der Vergangenheit haben wir eine ganze Reihe von Genen identifiziert,
alle roten Markierungen sind Transkriptionsfaktoren, die die Gene aktivieren.
Und dies sind die Gene, die all diese Komponenten in diesen sensorischen Zellen aktivieren.
Interessanterweise sind all diese Gene auch in anderen Zellen, den FLPs, vorhanden.
Aber keines der Gene für die Tastempfindlichkeit.
Wenn wir einen Antikörper erzeugen, sehen wir die Proteine des Komplexes in den linken Zellen, aber nicht in den rechten Zellen.
Wodurch unterscheiden sich also diese zwei Zelltypen?
Zuerst glaubten wir, eine wunderbare Antwort zu haben.
Zwei weitere Transkriptionsfaktoren.
Und das war es tatsächlich, das war die Antwort.
Wir haben daher kürzlich ein Experiment durchgeführt.
Das schlimmste, was man tun kann, wenn man eine gute Idee hat, ist noch ein Experiment durchzuführen.
Es lief wie folgt ab:
Wir isolierten die Sensorzellen, wir isolierten diese anderen Zellen, die FLP, und wir suchten nach den Genen,
die übermäßig stark exprimiert sind, das waren etwa 200 Gene.
Das ist in Ordnung, mit dieser Anzahl kann man umgehen.
Dann suchten wir nach Genen, die in beiden Zelltypen vorhanden sind, das waren 56, auch das ist in Ordnung,
weil einige Gene in allen Zellen vorhanden sein sollten.
Aber unter diesen 56 sind alle Gene, die diese Komplexe in den Sensorzellen bilden.
Es stellt sich jetzt die Frage:
Die Gene, die den Unterschied zwischen diesen zwei Zellen ausmachen, sind in beiden Zellen vorhanden,
sie werden aber nur in einer Zelle in Proteine umgewandelt.
In Zukunft müssen wir also die Frage klären, wie das geschieht.
Warum wird das Protein nur in einer Zelle erzeugt, in der anderen aber nicht?
Es gibt einige Ansätze, um diese Frage zu klären, ich will dies aber jetzt nicht weiter vertiefen.
Ich möchte jetzt zur nächsten Frage kommen.
Haben wir alle Gene gefunden, die für die Tastempfindlichkeit erforderlich sind?
Wir haben diesen wunderbaren Komplex, wir wissen, dass er auf Berührung reagiert, das sollte uns genügen.
Wir sind aber nicht zufrieden, daher muss ich ein wenig zur Genetik erklären.
Wir haben diese Forschung begonnen, weil wir diese Gene nur finden konnten, wenn wir Tiere entdeckten,
die tastunempfindlich sind, entweder weil die Zellen nie erzeugt wurden, damit würden wir die Transkriptionsfaktoren erhalten,
oder weil die Zellen nicht funktionierten; genau dies wollten wir entdecken und wir fanden diesen Komplex.
Es gibt jedoch in der Genetikforschung ein Problem:
Einige Gene sind doppelt vorhanden, wir nennen dies Redundanz, das heißt, wenn eines nicht mehr funktioniert,
ist das andere immer noch intakt.
Man erkennt dann keine Defekte, weil fehlerhafte Elemente gleich ersetzt werden, wir hätten sie also nie gesehen.
Das andere Problem lautet:
Was ist mit einem Gen, das für die Tastempfindung wichtig, aber auch in anderen Zellen sehr wichtig ist?
Wenn dieses Gen verschwindet, stirbt das Tier.
Wenn es tot ist, kann man leider schwer feststellen, ob ein Tier tastempfindlich ist oder nicht.
(Lachen).
Wir wollten also wissen, ob wir noch weitere Gene finden können.
Wie ist das überhaupt möglich?
Nun, teilweise durch die Isolierung der Zellen und Untersuchung der RNA, aber viele von Ihnen wissen,
dass vor einigen Jahren die Diskussion über die Suche nach anderen Genen,
die die Nervenzellen betreffen, eine neue Richtung erhielt.
Sie erinnern sich vielleicht, dass vor einigen Jahren Andy Fire und Craig Mello den zweiten Nobelpreis für die Forschung
mit Würmern erhielten, Sydney Brenner, John Sulston und Bob Horvitz erhielten den ersten,
und mein Preis war der dritte „Wurmpreis“ für die Entdeckung der so genannten RNA-Interferenz,
wobei Tieren eine Doppelstrang-RNA eingepflanzt wird, die dazu führt, dass die Genaktivität eingestellt wird.
So kann man ein Gen problemlos loswerden.
Man stellte fest, dass dies bei Würmern wunderbar funktioniert.
Auf dem mittleren Bild hier ist zu sehen, wie die Doppelstrang-RNA injiziert wird.
Dann gab es einen Studenten, der nicht besonders gut war und die richtige Stelle im Tier verpasste,
aber das Experiment hat trotzdem funktioniert.
Man dachte dann, vielleicht ist es gar nicht wichtig, wo die RNA injiziert wird, und überschwemmte die Tiere mit Doppelstrang-RNA.
Das ist das Bild hier rechts.
Dann hatte jemand die Idee, wenn man sie mit Doppelstrang-RNA überschwemmen kann und sie diese aufnehmen,
warum sollte man nicht Bakterien herstellen, die die Doppelstrang-RNA erzeugen und sie den Würmern verfüttern,
dies ist die so genannte RNAi-Fütterung und sie hat funktioniert.
Jeder von uns hat in seinen Kühlschränken eine Sammlung aller bekannten c-elegans-Gene, jedes in einem Bakterium,
und wenn die Würmer mit den Bakterien gefüttert werden, sollten die Gene ausgeschaltet werden.
Diese RNAi-Fütterung ist sehr nützlich und wurde von vielen Forschern durchgeführt.
Es bleibt trotzdem ein Problem:
Man hat 16.000, fast 17.000 Gene untersucht und 600 Gene entdeckt, bei denen die DNA-Fütterung,
also die Doppelstrang-RNA für diese Gene funktioniert, man hatte dann Tiere mit einem bestimmten Defekt,
einen sichtbaren Phänotypen.
Und dann gab es etwa 1.100, die tot waren.
Und dann alle anderen, bei denen keine Wirkung zu erkennen war.
Das heißt, wir wissen nichts über die meisten Gene, das ist aufregend.
Die Frage lautet also:
Wie geschieht dies, was ist hier das Problem?
Diese RNAi-Fütterung führt dazu, dass Gene ausgeschaltet werden, die die Muskeln betreffen.
Oder die Haut, den Darm oder die Keimorgane, hier funktioniert es sehr gut und die Tiere sterben.
Leider funktioniert es nicht in Nervenzellen und vielleicht haben wir deswegen so viele Ergebnisse, die nicht gut sind –
ein Nachteil für diejenigen, die die Funktion des Nervensystems untersuchen wollen.
Vor einigen Jahren entdeckte Craig Hunter an der Universität Harvard ein Gen mit der Bezeichnung SID-1.
Das SID-1-Protein transportiert Doppelstrang-RNA in die Zellen.
Und wie Sie sich denken können, findet man es in den Muskeln, in der Haut, im Darm und in den Keimzellen,
aber nicht in den Nervenzellen.
Die Lösung für uns wäre also die Erzeugung von Tieren, die SID-1 in den Nervenzellen bilden,
dann könnten wir mit Hilfe von Mutanten sicherstellen, dass es an keiner anderen Stelle gebildet wird
und wir könnten das Muster hier so verändern.
Jetzt funktioniert es nur in den Nervenzellen.
Warum das aufregend ist?
Aus zwei Gründen.
Wir können jetzt all diese 15.000 Gene betrachten und beobachten, ob sie einen Phänotypen erzeugen,
daraus können wir vieles über das Nervensystem lernen.
Um ihnen ein Beispiel von unserer Arbeit zu zeigen, sehen Sie hier eine Reihe von Balken, ziemlich viel für eine Folie,
die weißen Balken stellen den Ausgangspunkt unserer Arbeit dar; dass die Tiere in den weißen Balken fünf von fünf ausmachen,
bedeutet, dass kein RNAi-Phänotyp vorhanden war, die Tiere wurden nicht tastunempfindlich.
Wenn Sie aber jetzt weiter die verschiedenen Balken betrachten, die wir benutzten,
sehen Sie am Ende jeder Reihe einen schwarzen Balken und das ist unser Filter.
Jetzt sehen Sie, dass wir die Aktivität löschen und so können wir für jedes Gen im Tastsystem vorgehen.
Damit haben wir endlich ein Instrument, mit dem wir Nervenzellen betrachten können.
Der Gedanke, weitere Gene zu entdecken, ist aufregend.
Als erstes betrachten wir diese 15.000, aber wir können jetzt auch diese 1.100 Gene betrachten, die die Tiere sterben ließen.
Weil sie jetzt überall dort, wo sie vorher aktiv waren, wodurch der Tod der Zellen verursacht wurde, nicht mehr erscheinen.
Und hier geht es nur um die Nervenzellen, so dass wir erstmals fragen können,
ob in der Nervenzelle eine bestimmte Wirkung auftritt.
Vor allem ein Satz Gene interessierte uns, nämlich ein Gen, das zum so genannten Integrin-Signalweg gehört.
Fokale Adhäsion, also Zellverbindungen, erfordern all diese links dargestellten Gene.
In Würmern werden diese Gene in Muskelzellen für die Muskelhaftung benötigt.
Weil sie in den Muskeln vorliegen, sterben die Tiere bei der RNAi-Fütterung
oder bei Mutationen dieser Gene im frühen Embryonalstadium, wir wissen nicht, ob sie tastempfindlich sind.
Aber interessanterweise finden sich all diese Komponenten, betrachtet man Antikörper oder GFP-Fusionen,
in den tastempfindlichen Zellen.
Wir wollen also unbedingt wissen, was in den Tieren geschieht, wenn man die Muskeln beiseite lässt
und diese nur in den tastempfindlichen Zellen ausschaltet.
Zu unserer großen Freude stellten wir fest, dass praktisch alle Gene diese Wirkung unterbinden.
Das bedeutet, dass wir einen völlig neuen Weg für die Untersuchung der Tastempfindlichkeit entdeckt haben.
Jetzt wollen wir wissen, was daraus entsteht, welche Interaktionen daraus entstehen.
Wir haben also viel mehr Gene, die untersucht werden wollen,
wir haben das ganze Genom und damit ein ganz neues Spielzeug, wir sind sehr aufgeregt.
Und das letzte Spielzeug, über das ich sprechen will, ist das Problem der Deaktivierung der Transkription.
Die Entwicklung stellen wir uns oft so vor, dass Zellen ein Gen erwerben, das Prozesse auslöst
und sich wie gewünscht entwickeln lässt.
Im Tastsystem ist es wirklich so, ein Gen wird aktiviert, alles läuft seinen Gang und funktioniert.
Wir betrachten jetzt ein Gen namens UNC-4, das in einem Zellbündel entsteht.
Im frühen Embryonalstadium sind nur wenige Zellen vorhanden, die DA-Zellen, dann geht es weiter durch die Larvenentwicklung,
hier werden weitere zwölf Zellen entwickelt und etwas später wieder sechs Zellen;
all diese Zellen sind gleichzeitig aktiv, weil GFP sehr stabil ist.
Wir haben nun das Ubiquitin-System genutzt, von dem wir bereits früher gehört haben,
und eine kurzlebige Variante von GFP hergestellt.
Das ist sehr schön, diese Version von GFP, wenn die Tiere sich entwickeln, haben sie die sechs Zellen,
wenn sie etwas älter werden, verschwinden diese sechs und wir sehen nur noch die zwölf Zellen.
Und wiederum etwas später verschwinden auch diese und wir haben wieder nur sechs Zellen
und schließlich bei den erwachsenen Tieren sind es nur noch zwei Zellen, die man hier im Bild sieht.
Das ist ein wunderbares Hilfsmittel, mit dem wir jetzt verstärkt mit Genetik arbeiten können und der Frage nachgehen,
was diese Gene ausschaltet.
Dafür beginnen wir dort, wo sie ausgeschaltet sind, wir erzeugen mutierte Tiere
und suchen nach erwachsenen Tieren, die mehr Grün aufweisen.
Bei diesen ist der Mechanismus, der das Gen ausschaltet, defekt.
Wir haben bereits einige gefunden und sind jetzt dabei, sie zu klonen.
Wir werden noch viel mehr finden und es gibt noch viel mehr Gene, die diese temporale Expression aufweisen und wir denken,
dass wir neue Wege entdecken werden, um diese Fragen zu klären.
Zum Abschluss möchte ich einige Erkenntnisse aus der Arbeit mit GFP zusammenfassen.
Erstens: Wissenschaft ist keine Beschäftigung mit isolierten Themen, sie ist vielmehr kumulativ.
Erst nachdem Osamu dieses wundervolle Protein entdeckt hat, habe ich von seiner Arbeit gehört
und konnte es verändern und überlegen, wie man es als Marker nutzen kann.
Dann kamen die wunderbaren Fortschritte von Roger, der es weiter verändert und neue Möglichkeiten erschlossen hat,
all dies ist ein Beispiel für das, was Forschung allgemein ist.
Ich möchte sagen, dass GFP eine schöne Metapher dafür ist, was wir Wissenschaftler eigentlich tun,
wir erhalten Licht und Energie von Menschen und geben sie in einer veränderten Form ab,
die wieder von anderen Menschen genutzt wird.
Die ganze Gemeinschaft, die sich mit GFP beschäftigt hat, war inspirierend und unglaublich.
Es waren wirkliche Hunderte Menschen, die diesen wunderbaren Prozess mit entwickelt haben.
An zweiter Stelle steht die Erkenntnis, dass die Forschung am meisten durch die Studenten
und Post-Doktoranden vorangetrieben wird.
Als wir GFP erstmals abgaben, riefen mich viele Laborleiter an und sagten fast übereinstimmend,
dass sie von diesem Marker über ihre Studenten oder ihre Post-Doktoranden gehört hatten.
In dieser Richtung verlief die Kommunikation.
Sie sagten nicht: „Oh, ich habe darüber gelesen“, sondern „Einer meiner Studenten hat mit davon berichtet“.
Es ist also die Kommunikation, die Interaktion zwischen Menschen, die die Forschung wirklich voranbringt
und neue Entdeckung ermöglicht und die hoffentlich durch diese Tagung weiter gefördert wird.
Drittens hoffe ich, dass diese Beispiele unserer Grundlagenforschung an Quallen, an c-elegans, gezeigt haben,
wie viele neue Einsichten wir gewonnen haben und wie viele neue Fragen sich daraus wieder ergeben.
Grundsatzforschung ist wichtig, sie ist der Motor für jede Innovation und ermöglicht Erkenntnisse über Krankheiten
und Fortschritte in Landwirtschaft und Industrie.
Mich persönlich erschrickt die zu starke Betonung der so genannten translationalen Forschung.
Das bedeutet, dass wir die Grundlagenforschung komplett vergessen und alles, was wir wissen,
auf die klinische Forschung konzentrieren sollen.
Natürlich ist die Forschung für die menschliche Gesundheit extrem wichtig und ich würde sie nie in Frage stellen,
aber sie darf nicht die Grundlagenforschung verdrängen.
Wir wissen noch so wenig, die meisten Gene des menschlichen Genoms enthalten Proteine, deren Funktion noch unbekannt ist,
wir wissen nicht, was sie sind, wie sie funktionieren.
Es gibt noch so vieles zu erfahren und zu erforschen in allen Organismen, die wir untersuchen.
Damit komme ich zu meinem letzten Punkt, nämlich dass jedes Leben untersucht werden sollte, nicht nur Modellorganismen,
nicht nur c-elegans oder Mäuse, nicht nur bestimmte menschliche Erkrankungen, wir können noch so vieles lernen und ich frage Sie,
was wird das nächste GFP sein, was wird die nächste Qualle, das nächste c-elegans sein.
Vielen Dank.
(Applaus).