Ich erzähle Ihnen noch etwas mehr über Inspiration.
Nach dem gestrigen Tag möchte ich Ihnen unbedingt zeigen, was ich gestern als Evidenz bezeichnet habe,
also wie dieses Projekt begann und weiterging. Vielleicht ist das genauso wichtig wie das Ergebnis selbst.
Lassen Sie uns also den Mount Everest jenseits des Mount Everest erklimmen.
Ich denke, Sie alle wissen, dass das Ribosom die letzte Kette,
das letzte Glied in der Kette der Translation des genetischen Codes in Proteine ist.
Der genetische Code wird in der Boten-RNA exprimiert, die der DNA sehr ähnlich ist, aber als Einzelstrang existieren kann.
Deshalb stehen die Informationen darauf zur Translation zur Verfügung. Ribosomen sind also universell.
Jedes Ribosom kann jeden Botenstoff, jede Sequenz in ähnlicher Weise translatieren.
In jeder Zelle arbeitet eine Vielzahl von Ribosomen. Säugetierzellen können Millionen von Ribosomen enthalten.
Diese Informationen hatte ich anfangs noch nicht.
Selbst Bakterien erreichen in der Log-Periode 100.000 Ribosomen, die zusammenarbeiten.
Für mich als Chemikerin - zumindest habe ich Chemie studiert - sind Ribosomen erstaunliche molekulare Maschinen.
Sie agieren kontinuierlich und sind in der Lage, zwischen 15 und 40 Peptidverbindungen pro Sekunde herzustellen.
Im Labor habe ich dazu acht Stunden benötigt.
Sie können sich vorstellen, was im tatsächlichen Leben passieren würde, wenn.
Ich brauchte zudem 100°C und einen pH-Wert von 2.
Die Ribosomen funktionieren aber in jeder Zelle und unter fast allen Bedingungen, die bekanntermaßen Leben unterstützen.
Und sie machen kaum Fehler. In der Literatur wurde bis vor kurzem eine Zahl von 1:1.000.000 genannt.
Heute spricht man auch von 1:10.000. Aus meiner Sicht sind beide Zahlen erstaunlich.
Die Hauptkonstellation ist ein L-förmiger Doppelstrang mit einer Anticodon-Schleife,
die Codon-Anticodon-Interaktionen erzeugen kann, hier wie (unverständlich).
Von hier transportieren sie ihre Aminosäure über weite Entfernungen - das sind immer rund 70 Angström - in alle Zellen.
Diese hier ist genetisch verwandt mit dieser.
Die Boten-RNA wird also von der schmalen ribosomalen Untereinheit angezogen und an diese gebunden.
Alle Ribosomen bestehen aus zwei Untereinheiten, egal, von welcher Zelle sie stammen.
Und sie existieren wie zwei voneinander getrennte Untereinheiten, bis sie zu arbeiten beginnen.
Die Zelle hat also zwei verschiedene Untereinheiten, zwei getrennte Untereinheiten.
Sie verbinden sich, wenn sie ihre Funktion ausüben.
Ihre Funktion besteht darin, zunächst den Botenstoff anzuziehen, dann ein erstes Codon zu entwickeln,
das in die translatierende Dekodierstelle translatiert wird, die P-Stellen-tRNA-Stelle genannt wird.
tRNA bindet sich dort durch Codon/Anticodon-Interaktionen.
Und die Korrekturmaschine, die überprüft, ob alles in Ordnung ist, befindet sich ebenfalls hier in der kleinen Untereinheit.
Deshalb bezeichnen wir die kleine Untereinheit als das Gehirn des Ribosoms.
Und die "Hände", die die Verbindung herstellen, befinden sich in der großen ribosomalen Untereinheit.
Und das ist immer so, egal, welche Zelle wir betrachten. Was ich Ihnen gerade erzählt habe, ist hier zu sehen.
Die kleine Untereinheit weist hier eine Verengung auf.
Früher und auch heute noch wird dies gerne als der Kopf, der Körper und der Hals der kleinen Untereinheit bezeichnet.
Der Botenstoff wickelt sich darum. Die erste zu besetzende Stelle wird als P, Peptid-Transfer, bezeichnet.
Das ist das tRNA, es symbolisiert das tRNA mit der Aminosäure.
Es gibt eine weitere Stelle, die danach besetzt wird und als A-Stellen-tRNA bezeichnet wird.
Sie wird mit der Aminosäure besetzt, der aminosäure-gestützten tRNA.
Und dann gibt es eine Austrittsstelle (E), an der die tRNA später austritt.
Wenn also das alles vorhanden ist - kleine Untereinheit, Botenstoff und tRNA sowie die Initiierungsfaktoren,
die ich hier nicht vorstelle, nicht-ribosomale Initiierungsfaktoren - kann die große Untereinheit dazukommen.
Die Oberflächenkomplementarität ist sehr gut, aber nicht perfekt.
Zwecks Perfektionierung werden zunächst Brücken zwischen den Untereinheiten gebaut, wie hier zu sehen.
Dies geschieht hauptsächlich, aber nicht nur, durch Konformationsveränderungen der großen Untereinheit.
Es gibt dreizehn solcher Brücken und ich symbolisiere sie mit den drei Dreiecken.
Wenn alles richtig läuft, ist die P-Stellen-tRNA mit der Aminosäure so positioniert,
dass sich die Aminosäure am Eingang eines sehr langen Tunnels befindet, der sich auf die gesamte große Untereinheit erstreckt.
Über diesen Weg bewegt sich das neu entstandene Protein und tritt aus.
Jetzt ist also alles für den nächsten Abschnitt der Reise vorhanden.
Diese führt jetzt mehr oder weniger seitwärts zu dieser Position.
Und das Protein stellt an dieser Stelle eine Peptidbindung her, die erste Bindung für das neu entstandene Protein.
Wir haben jetzt also ein D-Peptid, den Beginn des neu entstandenen Proteins der neu entstehenden Kette.
Das erste tRNA ist jetzt leer. Es kann austreten und ein neues eintreten.
Diese Vorgänge geschehen mehr oder weniger gleichzeitig.
Aber weil ich nur ein Mensch bin, konnte ich das nicht als Gleichzeitigkeit darstellen. Das ist also die Geschichte.
Und sie setzt sich fort, die Translokation von A nach B und nach E erfolgt hauptsächlich in dieser Richtung.
Viele Ribosomen agieren also gemeinsam, wie hier zu sehen ist.
Und ich betrachte dieses Elektronenmikroskopgitter jedes Mal wieder mit Staunen.
Es stammt aus den 1970er Jahren. Ich weiß nicht einmal, von wem es stammt.
Ich fand es in der Literatur ohne entsprechenden Hinweis.
Es zeigt viele Ribosomen, diese schwarzen Dinger hier, diese schwarzen Körper, die an dieselbe Boten-RNA gebunden sind
und kontinuierlich agieren.
Sie sehen, dass diese schwarzen Dinger alle aus zwei Untereinheiten bestehen, jeweils Klein/Groß, Klein/Groß, Klein/Groß usw.
Sie sehen, dass sie denselben Botenstoff codieren, und das Protein kommt von der anderen Seite.
Das einzige, was nicht exakt so ist wie in der Zelle, ist, dass das Protein flach austritt.
Denn in der Zelle, das ist bekannt, fällt es direkt in sich zusammen, wenn es aus dem Ribosom,
entweder allein oder mit Chaperonen, mit der Hilfe von Chaperonen austritt.
Das also passiert. Als wir die ersten Strukturen kannten, haben wir einen Film darüber gedreht.
Der Film, den Sie jetzt sehen werden, wurde gemeinsam mit Kunststudenten auf der Grundlage unserer Koordinaten
und unter Berücksichtigung einer Interpolation zwischen unserer Struktur und anderen, 2002 bekannten Strukturen hergestellt.
Der Bote nähert sich also der kleinen Untereinheit (schauen Sie genau hin, jetzt), hier kommt er ... und er hat's geschafft.
Das ist eine enorme Konformationsveränderung.
Das hier sind unsere vier Initierungsfaktoren, die Blauen, Initiierungsfaktoren 3 und 2. Die beiden brachten das erste tRNA.
Und jetzt entsteht ein Initiierungskomplex, die große Untereinheit kann dazukommen
und durch Konformationsveränderungen Brücken herstellen.
Und wir haben ein aktives Ribosom, das die tRNAs unterbringen wird, die durch andere Faktoren,
Elongationsfaktoren an einer Seite, eingebracht werden, und den leeren tRNAs auf der anderen Seite beim Austritt hilft.
Ribosomen sind wirklich fleißig. Die Peptidbindung wird hier hergestellt, die Dekodierung erfolgt hier.
Jetzt nehmen wir die großen Untereinheiten weg und hier sehen Sie etwas, auf das ich Sie aufmerksam machen möchte.
Die Bewegung erfolgt mehr oder weniger seitwärts.
Aber weiter unten hier auf der anderen Seite der tRNA erfolgt ein Konformationswechsel.
Ich habe eben erwähnt, dass ich hier heute nicht viel dazu sagen kann, aber ich wollte Sie wenigstens darauf aufmerksam machen.
Dieser Vorgang setzt sich solange fort, bis ein Stopp-Codon auftritt.
Und dann werden die tRNAs durch Faktoren, entweder Freisetzungsfaktoren oder Recyclingfaktoren, ersetzt -
dieses goldene Element, das hinzukommt und die Trennung zwischen diesen beiden Untereinheiten vornimmt.
Die tRNAs haben ihre Funktion erfüllt, das Protein kann sich falten und die beiden Untereinheiten warten auf ihre nächste Aufgabe.
Was Sie in dem Film, den Sie gerade gesehen haben, nicht ganz deutlich wurde:
Wir kennen jetzt die Position jedes Atoms im Ribosom. Die Molekularmasse der bakteriellen Ribosomen beträgt 2,5 Millionen.
Was sich hier dreht, ist die bakterielle, kleine Untereinheit. Die sind in allen Bakterien mehr oder weniger gleich.
Die Veränderungen sind sehr gering, das Sediment verändert sich mit einem Sedimentationskoeffizienten von 30, also 30S.
Die Gesamt-Molekularmasse der kleinen Untereinheit beträgt 0,85 Megadalton.
Und was sich hier dreht, ist die komplexe RNA, die ribosomale RNA in Grau oder Silber.
Und in der kleinen Untereinheit von Bakterien enthält sie rund 1.600 Nukleotide.
Die gekräuselten Elemente, die farbigen gekräuselten Elemente, hauptsächlich auf der Oberfläche, sind ribosomale Proteine.
Jedes wird jetzt in einer anderen Farbe dargestellt.
In dieser kleinen Untereinheit gibt es bis zu 21 verschiedene Proteine, das heißt 20 ( 21.
Und die Aufgabe der kleinen Untereinheit, Sie erinnern sich, ist die Dekodierung des genetischen Codes.
Die Aufgabe der großen Untereinheit besteht darin, die Peptidbindung herzustellen, sicherzustellen,
dass die entstehende Kette verlängert wird - es erfolgt also eine Polymerase - und darin,
das neu entstandene Protein im Tunnel, den ich bereits gezeigt habe, zu schützen.
Sedimentationskoeffizient ist 50 S. Gesamt-Molekularmasse in Bakterien ist 1,5 Megadalton.
Zwei RNA-Ketten ergeben 3.000 Nukleotide, eine davon sehr lang, 2.800, der Rest entfällt auf die andere.
Und bis zu 34 verschiedene Proteine.
Und wenn wir uns die Oberfläche anschauen, die in dem zusammengebauten Ribosom, wie hier zu sehen, entstanden ist,
dann haben wir hier die Dekodierung in der kleinen Untereinheit und die Peptidbindung hier.
Und hier sehen Sie, wie sie durch die tRNA-Dekodierung hier und die Peptidbindung hier verbunden sind.
Die Aminosäure ist hier gebunden.
Wir können erkennen, dass die Region, in der die Dinge geschehen, die beiden Regionen hier und hier,
aus RNA bestehen, nicht aus Proteinen.
Nur Silber, was darauf hinweist, dass das Ribosom tatsächlich ein Ribozym ist. Das ist eine RNA-Maschine.
Und das korreliert gut mit der Zusammensetzung des Ribosoms.
In allen Ribosomen, außer in Mitochondrien, ist das Verhältnis RNA zu Proteinen 2:1, also doppelt so viele RNAs.
Selbst in Mitochondrien, in denen ein Teil der RNA durch Proteine ersetzt wird, werden die aktiven Stellen erhalten
und die bestehen aus RNA.
Das wurde bereits in den 1960er Jahren von Francis Crick vermutet und war für Wissenschaftler,
die dachten, dass die Entstehung eines Knochen eine enzymatische Reaktion ist und Enzyme bekanntermaßen Proteine sind,
schwer verdauliche Kost. Nun, Francis Crick hatte Recht! Was zeigt uns das? Worauf weist es uns hin?
Zunächst darauf, dass die übliche RNA-Maschine, dass also die Ribosomen gemeine Proteine sind, keine effizienten, gemeinen Enzyme.
Bis heute sind nicht viele bekannt. Und viele davon sind ziemlich langsam und zum Teil auch nicht sehr selektiv.
Das Ribosom ist, wie ich bereits erwähnte, ist eine extrem effiziente Maschine.
Die Natur hat also einen Weg gefunden, die Ribosomen zu verbessern, die RNA-Maschine zu verbessern und sie effizient zu gestalten.
Die Natur findet also Lösungen, wenn es nötig ist. Zum Zweiten zeigt es, dass die RNA vor den Proteinen existierte.
Darüber möchte ich einen Moment reden.
Wir glauben, dass wir aus diesem komplexen Ribosom ein kleines, ganz kleines Stück identifiziert haben.
Es sieht hier groß aus, weil wir es vergrößert haben.
Aber in Wirklichkeit macht es nicht mehr als 3 bis 4% der gesamten ribosomalen RNA aus, und zwar abhängig davon,
ob es sich um Bakterien oder um höhere Organismen handelt.
Diese Region kann die Peptidbindung herstellen und es ist nach unserer Einschätzung
ein Überbleibsel des präbiotischen Bindungsmechanismus, der heute noch im modernen Ribosom funktioniert.
Diese Entdeckung hat uns sehr fasziniert.
Jetzt versuchen wir, diesen Mechanismus noch besser zu verstehen und nachzuweisen.
Was liegt unserer Vorstellung zugrunde? Ich kann jetzt nicht auf alles eingehen.
Ich nenne Ihnen aber die beiden wichtigsten Fakten. Zum einen kann er Peptidbindungen herstellen.
Die gesamte Maschinerie dafür ist vorhanden. Und zum Zweiten hat er eine unglaubliche Erhaltungsrate.
98% Erhaltung aus der Evolution.
Und der letzte Punkt ist, dass der Mechanismus unter rein chemischen Gesichtspunkten stabil ist.
Er kann die Bindung genau hier herstellen und hat eine Ausrichtung, die sich selbst stützt.
Wir bezeichnen das als Bindungstasche. Leider kann ich darauf heute nicht näher eingehen.
Aber ausgehend hiervon können wir weitere Untersuchungen und Vermutungen anstellen.
Es geht um eine Frage, die die Welt immer wieder beschäftigt. Was war zuerst, die Henne oder das Ei?
Die DNA, der genetische Code oder die Proteine? Oder die Lebensmechanismen?
Nun, nach unserer Erkenntnis kam das Ribosom zuerst, nicht der genetische Code, nicht die Proteine.
Okay, das Ribosom ist das Target für Antibiotika.
Natürliche Antibiotika sind Waffen, die Bakterien eines Typs zur Beseitigung von Bakterien eines anderen Typs benutzen.
Und weil die Ribosomen so wichtig bei der Erzeugung von Proteinen sind,
sind sie in der klinischen Anwendung das Target für viele Antibiotika.
Über 40% der nützlichen Antibiotika zielen auf die Protein-Biosynthese ab.
Wir vergleichen das Verhältnis zwischen Ribosom und Antibiotika gerne mit David und Goliath.
David, dieser kleine Junge, hatte nur einen sehr kleinen Stein, um diesen riesigen Goliath zu bekämpfen,
dessen Körper fast vollständig mit Schutzschildern bedeckt war.
Deshalb zielte David auf die Stirn ab, weil sie frei lag und wichtig war, und nicht etwa auf die Hände.
Und er war erfolgreich, weil er eine Funktion, die sehr wichtige Funktion der Sehkraft außer Kraft setzen konnte.
Der Grund, warum wir diesen Vergleich lieben, sind die Molekularmassen.
Antibiotika haben eine Molekularmasse von unter 1.000.
Die Ribosomen, die bakteriellen Ribosomen, die wir bekämpfen wollen, haben eine Molekularmasse von 2,5 Millionen.
Wie funktioniert dies nun genau? Exakt wie mit dem Stein von David.
Die Antibiotika treffen das Ribosom an seiner funktionellen Stelle. Sie zerstören die Funktion.
Hier sind einige ribosomale Antibiotika zu sehen, die in ihrer Bindungsposition an die schmale Untereinheit angedockt haben,
wo der Botenstoff bindet oder wo das tRNA dekodiert werden muss.
Und hier sind alle zu sehen, die die damit verbundene Bewegung ermöglichen,
und auch hier in der großen Untereinheit wieder die, die die Bewegung ermöglichen.
Sie erinnern sich vielleicht daran, wie sich in dem Film "Hände" herein und heraus bewegten.
Diese stören die Bewegung an der aktiven Stelle oder am Tunnel, zu dem sich die Proteine hinbewegen.
Ich möchte nur auf einige von ihnen näher eingehen.
Zunächst: Was sich hier dreht, ist die große Untereinheit RNA, in blau, und alle Proteine, in grün.
Die drei farbigen Elemente innen sind in Magenta das Chloramphelicol, das an die A-Stelle bindet,
an den unteren Teil der A-Stelle; in Gelb das Clindamycin, das die Entstehung der Peptidbindung verhindert;
und in Rot das Erythromycin, das an den Tunnel bindet.
Erythromycin ist das erste auf Ribosom abzielende Antibiotikum, das jemals eingesetzt wurde.
Ich möchte Ihnen zeigen, wo es bindet. Lassen Sie uns zunächst den Tunnel anschauen.
Hier ist die große Untereinheit mit A- und P-tRNAs im Innern. Eine Bindung erfolgt hier.
Und der Tunnel ist hier durch modelliertes Polyanilin hervorgehoben. Der Tunnel hat also eine ungleichmäßige Form.
Neben der Verengung, der engsten Stelle, befindet sich der Bindungspunkt von Erythromycin und aller Familien,
die danach kamen und die wir als Makrolide bezeichnen. Hier sehen Sie, was wir mit einer Tunnelsperre meinen.
Das Protein entsteht also hier, und was Sie hier sehen, ist ein Querschnitt des Ribosoms, wie durch einen Apfel.
Die Peptidbindung wird hier hergestellt, das Protein passiert den Tunnel, wenn es nicht vom Erythromycin daran gehindert wird.
Ein Blick in den Tunnel von oben: Dies ist die große Untereinheit, der Eingang zum Tunnel ein bisschen tiefer,
Erythromycin blockiert den größten Teil, sodass das Protein nicht passieren kann. Makrolide bestehen aus einem Ring.
Das normale Makrolid Erythromycin besteht aus 14 Ringgliedern und zwei Zuckern.
Erythromycin hat sich seit seiner ersten Verwendung Mitte des letzten Jahrhunderts als ein sehr, sehr erfolgreiches
und sehr nützliches Antibiotikum erwiesen. Allerdings verliert es in Säurelösungen, also im Magen, an Stabilität.
Deshalb haben die Hersteller das Erythromycin an zwei Positionen so modifiziert, dass die Stabilität erhöht wird.
Ich möchte Ihnen zeigen, wie man das gemacht hat. Zunächst ein Blick auf den Eingang des Tunnels.
Sie sehen hier die gesamte RNA der großen Untereinheit.
Weil die antibiotischen Makrolide sich nur mit RNAs binden, zeige ich nur RNA.
Also der Eingang zum Tunnel (ich vergrößere das), der Erythromycin-Bindungspfad.
Heute gibt es weitere Bindungsvarianten, aber alle blockieren den Tunnel mehr oder weniger in der gleichen Weise.
Es hat sich herausgestellt, dass es in der Bindung selbst eine Flexibilität gibt, abhängig davon,
wie man das Experiment durchgeführt wurde. Dennoch war die Bindung, waren die Verankerungen immer gleich.
Durch Zugabe eines Methyls entsteht Clarithromycin, ein besserer Blockierer und stabiler.
Durch Zugabe eines längeren Arms entsteht Roxithromycin, das den Tunnel besser blockiert und stabiler ist,
weil es über eine größere Zahl von Ankern verfügt.
Und dies liefert nach meinem Verständnis erstmals die strukturelle Grundlage für eine gezielte Dosierung von Antibiotika.
In vielen Fällen hat eine zwei Mal täglich erfolgende Verabreichung von 150 mg Roxithromycin
den gleichen Effekt wie 500 mg Erythromycin vier Mal täglich. Also ein Effekt von 1:6, das ist sehr beeindruckend.
Wie ich bereits sagte, binden sich alle Antibiotika an ribosomale Funktionsstellen.
Ich erwähnte auch, dass ribosomale Funktionsstellen hochkonserviert sind.
Entscheidend für den klinischen Einsatz ist die Unterscheidung zwischen Krankheitserreger und Patient.
Wir wollen den Krankheitserreger, nicht den Patienten vernichten.
Wenn wir also unterscheidungslos auf Ribosomen abzielen, ist das ein Problem.
Wie unterscheiden die Antibiotika zwischen Patient und Krankheitserreger?
Durch subtile Unterscheidungen, ich möchte Ihnen eine vorstellen.
Dies hier ist ein Querschnitt durch den Tunnel, das hier sind die Tunnelwände.
Der Schnitt erfolgt so. Und Sie haben bereits gesehen, dass der Tunnel ungleichmäßig geformt ist.
Das Graue also ist der Tunnel.
Und hier im Innern befinden sich alle Arten von Strukturen von Antibiotika aus der Makroliden-Familie,
der Erythromycin-Familie, die den Tunnel perfekt blockieren, fast perfekt, aber immer sehr gut.
Aber nur ein Nukleotid ist hervorgehoben, genannt das A2058 nach dem e-Coli. A2058 ist das neue Losungswort.
Es ist Adenin in neuen Bakterien. Hier Adenin, Erythromycin mit sehr hoher chemischer Affinität.
Alle Krankheitserreger sind neue Bakterien. Deshalb können alle Krankheitserreger in dieser Weise binden.
Schauen Sie hier: Das sind wir oder höhere Tiere. G statt A in dieser Position.
Aber wenn hier ein G ist, und das ist der einzige Unterschied, wenn hier ein G ist,
erfolgt eine Abstoßung, die auf zwei kurzen Kontakten basiert, und keine Bindung. Das ist alles.
Ich habe Ihnen gezeigt, wie die Unterscheidung funktioniert. Jetzt muss ich über das Problem reden, nämlich Resistenz.
Und Resistenz ist ein sehr, sehr akutes Problem in der modernen Medizin. Wie werden Krankheitserreger resistent?
Ein bekannter Weg ist der, es auf die Anker abzusehen. Wie hier, Sie erinnern sich an 2058.
Jetzt sehen Sie das von der Seite. Ein Erythromycin, das hier sind die guten Kontakte und das ist die Grundlage für Selektivität.
Es ist gleichzeitig die Grundlage für Resistenz.
Die Bakterien, die Krankheitserreger können also ihr eigenes Genom von A auf G ändern
oder sie können eine post-translationale Modifizierung vornehmen, eine ERM-Modifizierung,
bei der es sich in dieser Position um eine Methylierung handelt.
Die meisten Mechanismen haben tatsächlich mit der Modifizierung solcher Anker zu tun.
Aber einige Mechanismen werden auch über entfernte Veränderungen vermittelt. Ich möchte Ihnen ein Beispiel dafür zeigen.
Sehen Sie hier wieder den Tunnel. Sie können ihn jetzt im ganzen Ribosom sehen. Das ist hier.
Und Sie sehen, dass die Tunnelwände hauptsächlich aus RNA bestehen, dass aber zwei Proteine vorhanden sind,
deren Spitzen in die Tunnelwand reichen. Das sehen Sie hier.
Die Bindungsstelle der Makrolide ist mehr oder weniger hier, die Spitzen liegen darunter.
Aber man hat bereits in den 70er Jahren herausgefunden, dass winzige Mutationen in diesen beiden Proteinen L22
und L4 eine Resistenz gegenüber Erythromycin aufbauen können, obwohl L22 und L4 nicht Teil der Bindungsstelle sind.
Und obwohl die resistenten Mutanten Erythromycin binden. Wie ist das möglich? Wir wollten das wirklich genau wissen.
Und in Zusammenarbeit mit Dr. Janice fanden wir diesen Mutanten in den Ribosomen, den wir kristallisieren konnten.
Wir hatten also jetzt Kristalle für die Mutanten und fanden heraus,
dass diese winzigen Veränderungen nicht wirklich viel in der Proteinposition verändert haben,
aber eine ganze Kette von Veränderungen in den RNA-Wänden ausgelöst haben,
sodass der Tunnel jetzt Erythromycin und das neu entstandene Protein aufnehmen kann.
Das ist eine Möglichkeit, von der wir bis vor kurzem nichts wussten.
Was tun Menschen, Hersteller, um die Resistenz zu bekämpfen?
Ich denke, es wird immer nur teilweise um Kampf, eher um Beherrschung gehen, weil Bakterien leben möchten.
Aber was können wir tun?
Manchmal entstehen neue Verbindungen mit zusätzlichen Ankern oder Synergien, die zwei Inhaltsstoffe in Kombination anbieten.
Zusätzliche Anker oder höhere Flexibilität gibt es beispielsweise in Azithromycin durch Zugabe eines Atoms.
Wenn man das mit Erythromycin vergleicht, hat es fast dieselbe Chemie. Und es ist eines der erfolgreichsten Antibiotika.
Es funktioniert also auch gegen resistente Stämme.
Aber ich war beunruhigt, als ich hörte, dass die kroatische Gruppe das entwickelt hat.
Denn wenn es resistente Stämme bindet, die G statt A haben, wird es sich auch an den Patienten binden.
Was würde also passieren?
Glücklicherweise hatte ich mich geirrt und das sieht man hier im Vergleich der Bindung des Azithromycins
an ein Modell für Krankheitserreger, in Grün, und an ein Modell für Patienten, das H.
Ich habe hier nicht viel Zeit darauf einzugehen, aber Sie sehen, dass es zu einer Bindung kommt.
Allerdings verläuft sie zum Teil längs und zum Teil quer.
2058 zeigt also nur an, ob überhaupt eine Bindung besteht, aber nicht wie.
Zwei Wirkstoffe ... Es ist ein Arzneimittel mit der Bezeichnung Synercid auf dem Markt, das zwei Wirkstoffe enthält,
eines wirkt auf die aktiven Stelle und eines im Tunnel. Ah, Sie möchten sehen, wie die Bindung erfolgt.
Hier ist die Tunnelwand, eins und zwei, sie kleben aneinander und blockieren den Tunnel.
Das hat mich ein bisschen glücklicher gemacht und wir suchten ein weiteres. Synercid also ist, wie ich Ihnen zeigte, das zweite.
Zwei Wirkstoffe, ein Wirkstoffpaar, produziert aus einer einzigen Kultur, in Sri Lanka, darum heißen sie Lankacidin
und Lankamycin. Wir fanden heraus, dass sich die Beiden aneinander binden, die Interaktion zwischen ihnen sehr stark ist
und sie zudem einen Konformationswechsel initiieren. Wir machten uns also Hoffnung.
Wir fanden zudem heraus, dass Lankamycin, das sich an Lankacidin bindet, dem Erythromycin sehr ähnlich ist,
obwohl Erythromycin ein kompetitiver Hemmer ist, während Lankamycin ein Bindungshemmer ist.
Und das gibt uns ein Instrument an die Hand, mit dem wir die Kopplung verbessern können.
Hier ein Kurzfilm darüber, wie einige der uns heute bekannten Antibiotika funktionieren könnten.
Edein lässt den Botenstoff nicht andocken.
Das nächste ist Tetracyclin, das durch Besetzen der Stelle, der Position hier, ein Andocken am A-Stellen-tRNA verhindert.
Das dritte ist Erythromycin, das wir besprochen haben.
Dies ist Erythromycin, das letzte ist Clindamycin, das eine Bindung verhindert.
Zwischendurch eine Minute zum Thema Inspiration. Wir arbeiten mit der Kristallographie.
Dabei - das werden Sie alle kennen - können wir durch Einsatz der Röntgen-Kristallographie Details sehen,
die uns ansonsten verborgen blieben.
Das Konzept: Mit Kristallen erhalten wir Beugungen in alle Richtungen, die werden erfasst.
Und wenn wir sie richtig erfassen und korrekt zusammenführen, erhalten wir Elektronendichtekarten.
Und da Röntgenstrahlen mit Elektronen interagieren, wissen wir dann, wo sich die Atome befinden.
Und ich möchte hier wirklich nicht ins Detail gehen, sondern Ihnen nur zeigen, was ich mit Beugung meine.
Hier ist ein Kristall, auf den ein Strahl auftrifft, der in unterschiedlichen Intensitäten in alle Richtungen gebeugt wird.
Aber zunächst brauchen wir Kristalle.
Kristalle sind Einheiten von perfekter, dreidimensionaler Ordnung oder zumindest fast perfekter Ordnung.
Das ist bei Salz, Natriumchlorid, kein Problem.
Mitte des letzten Jahrhunderts haben die Menschen damit begonnen, sogar aus Proteinen Kristalle zu erzeugen.
Heute könnte das jeder Sechstklässler wiederholen. Das ist also möglich. Das ist Lysozym.
Der wurde tatsächlich von einem Kind kristallisiert.
Aber diese Ribosomen sind so kompliziert und, wie Sie gesehen haben, sehr flexibel.
Ich habe noch nicht erzählt, dass sie schnell zerfallen. Das war ein großes Fragezeichen, als wir anfingen.
Ehrlich gesagt, waren die Vorzeichen negativ. Das wird nicht funktionieren.
Und die Gründe dafür habe ich Ihnen bereits erklärt.
Der wichtigste Grund ist meines Erachtens die offensichtliche Tendenz zu zerfallen.
Sie zerfallen im Reagenzglas ebenso wie im Körper sehr schnell, nämlich innerhalb von einem bis vier Tagen.
Warum habe ich das dann in jungen Jahren (ich war ungefähr in Ihrem Alter), warum habe ich das überhaupt versucht?
Weil ich die Möglichkeit hatte zu lesen, nicht nur wissenschaftliche Texte, und so las ich etwas über die Delegation,
die zum Nordpol aufbrach und sich mit dem Stoffwechsel von Bären im Winterschlaf beschäftigte.
Und diese Wissenschaftler fanden heraus,
dass die Ribosomen während des Schlafs ordentlich innerhalb ihrer Membranen verpackt sind.
Ribosomen können ordentlich verpackt sein. Bei jedem Bär, in jedem Winter, es ist kein Zufall. Aber warum ist das so?
Das ist, dachte ich, eine Möglichkeit für die Bären, einen großen Bestand an aktiven Ribosomen vorzuhalten,
weil sie nach dem Erwachen aus dem Winterschlaf Dinge tun möchten, die sie während des Schlafes nicht tun,
und dafür benötigen sie Proteine. Und das ist mehr oder weniger das, was hier zu sehen ist.
Ich war nicht die Einzige, die das damals gelesen hat. Viele andere Gruppen lasen das ebenfalls.
So wurden diese Erkenntnisse beispielsweise von Forschern genutzt,
um Kristalle oder sogar Monoschichten auf Membranen herzustellen. Sie möchten wissen, wie?
Sie nahmen befruchtete Eizellen, legten sie in den Kühlschrank und nach drei Minuten hatten sie diese wunderbare Ordnung.
Deshalb dachten die Menschen, dass diese Organisation aufgrund der Kälte entsteht.
Und ich dachte mir, dass genereller Stress die Ursache ist.
Und später wurde nachgewiesen, dass auch eine schlechte Ernährung zu diesem Ergebnis führt.
Aber egal, es passiert in der Zelle, und alles, was wir wollten, war,
es im Reagenzglas zu wiederholen und Ribosomen von Bakterien zu verwenden.
Nicht von Bären und nicht von befruchteten Eizellen.
Die Lösung bestand also darin, Ribosomen aus Bakterien zu kristallisieren, die unter rauen Bedingungen leben,
und ein Verfahren anzuwenden, das ihr Leben ein bisschen verlängert.
Glücklicherweise konnte ich ein solches Verfahren am Weizman Institute entwickeln.
Ich möchte Ihnen raue Bedingungen zeigen, hier beispielsweise das Tote Meer am tiefsten Punkt der Erde.
Es befindet sich in Israel. Hier sehen Sie es von oben und hier aus der Nähe.
Das hier sind Salzkristalle, die aus dem sehr gesättigten Meer stammen. Aber selbst darauf wachsen Bakterien.
Hier sehen Sie einige Kolonien, die auf dem Salz wachsen. Hier sind sie sogar noch besser zu sehen.
Der Wasserstand ist hier wesentlich geringer, es ist September. Dies war der Wasserstand im Januar, ungefähr 70 cm.
Und sie wachsen weiter. Deshalb dachten wir, diese wären gut, oder solche, die in Abwässern mit atomaren Viren wachsen.
Der Deinococcus radiodurans, der auch auf Staub, bei Hunger, in Hitze und in Kälte gedeiht,
weil nur ein Viertel von ihm funktional ist, während die anderen Vier ihre DNA verpacken und erst aktiv werden,
wenn ein Viertel repariert werden muss. Sie verfügen zudem über all die Reparaturmechanismen, die heute bekannt sind.
Und wir wollten die Verfahren verwenden, die ich bereits beschrieben habe.
Mit Hilfe dieser Verfahren fanden wir bereits nach einem Tag Hinweise auf ein Organisationsprogramm.
Dies ist das Elektronenmikroskopbild eines Tropfens, den wir zur Kristallisation genommen haben.
Hier sehen Sie die Ordnung. Es war also sogar im Labor möglich. Gestern sprachen wir über Ausdauer und Glauben.
Während der gesamten Zeit gab es schwache, aber immerhin handfeste Beweise.
Ich möchte Ihnen auch in diesem Fall nur einige zeigen. Die Neugier war also der Grund, aber die Evidenz der Antrieb.
Wir wollten dieses Bild erhalten. Anfänglich erhielten wir dieses Bild.
Und mir hat es gereicht, weil es konkrete Anzeichen für eine hohe Auflösung enthielt.
Und als wir es durchschnitten, ergab sich ein sehr geordnetes Bild. Wir schauten uns das an.
Das ist der Vorteil der Arbeit mit sehr großen Teilchen, weil man sie in einem Elektronenmikroskop sehen kann.
Also konnten wir die Ordnung im Innern sehen. Wir brauchten 25 verschiedene Bedingungen, aber es war nicht so schwierig.
Es dauerte nur vier Monate, weil wir einen Weg, eine Beobachtungsmatrix gefunden hatten.
Und als wir die Region, beispielsweise die pH-Region, fanden, in der wir den Unterschied zwischen Löslichkeit
und Sedimentierung zu sehen begannen, übertrugen wir das auf Kapillare.
Und sehen Sie, wie groß die Kristalle wurden. Das war immer noch nicht gut, aber wir arbeiteten weiter daran.
Und schauen Sie, wie schön sie im Innern geordnet waren.
Nun, ich möchte Ihnen nicht alles über all die Kristalltypen erzählen, die von innen zu sehen sind.
Ich zeige Ihnen gleich noch, wie es von außen aussieht. Wir gingen also diese Schritte.
Sie erinnern sich, was wir vorhatten. Ich zeigte es Ihnen zu Beginn.
Vier Jahre nach unserem Start hatten wir zum ersten Mal einige Flecken, immer noch weit entfernt vom Ziel,
aber wesentlich mehr als in den ersten Tagen.
Und dann haben wir wirklich gute Kristalle erhalten, viele gute Kristalle, die exponiert werden konnten.
Wir führten Messungen im Synchrotron, also einer Einrichtung durch, in der Teilchen beschleunigt werden.
Und wir sahen es auf der Tangentialen in einzelnen Stationen und Maßstäben.
Und sechs Jahre nach unserem Beginn hatten wir gute Kristalle, eine sehr, sehr phantastische Diffraktion,
die aber nach 0,1 Sekunde verschwand. Der Zerfall war enorm. Wir hatten also unser Ziel nicht erreicht.
Und hier kommt der Mount Everest wieder ins Spiel. Wir hatten den Mount Everest erklommen.
Wir hatten gute Kristalle, phantastische Kristalle.
Aber dann stellten wir fest, dass der echte Mount Everest immer noch vor uns lag.
Wir hätten an dieser Stelle aufhören können, aber wir haben nicht aufgegeben.
Wir machten uns Gedanken darüber, warum dieser Schaden auftritt. Ich kann das hier nicht im Detail beleuchten.
Wesentlich ist, dass der Schaden durch Röntgenstrahlen verursacht wird, die Peptid-Bindungen oder andere Bindungen erhitzen.
Und wir konnten nur versuchen, die Progression auf ein Minimum zu reduzieren.
Wir haben das Problem mit Kryotemperatur gelöst.
Hier sehen Sie meinen Gesichtsausdruck, als wir das Experiment 1986 in Stanford begannen.
Ich hatte keine große Hoffnung. Aber das war der Durchbruch. Und heute ist dies, so hört man, weltweit zur Routine geworden.
Heute werden fast alle Strukturen in dieser Weise gemessen. So haben wir also jetzt eine wunderbare Diffraktion.
Und die ganze Welt ist um noch wesentlich mehr Strukturen bereichert.
Das war also der Punkt, an dem wir die Kryokristallographie zusammen mit anderen Entwicklungen zur Phasierung
und für Detektoren einsetzten.
Multiplizieren Sie das bitte mit 1.000 und sehen Sie, wie viele Strukturen heute in der Welt bekannt sind:
Die PDB, die Protein-Datenbank-Deposition, jedes davon ist eine Struktur. Vielen Dank also.
Und ich sagte gestern bereits, dass es nur wenige Menschen gab, die das Potenzial dieser Arbeit damals erfassen konnten.
Und die waren lange nicht so überzeugt von der Idee, wie ich selbst.
Sie hatten Zweifel, aber dennoch schlugen sie es dem Präsidenten des Weizman Institute vor
und ließen mich lange Zeit an einem Projekt arbeiten, das sowohl für möglich als auch für unmöglich gehalten wurde.
Hier sind Sir John Kendrew, Chris Anfinsen und Alex Rich sowie die Präsidenten Michel Sela und Haim Harari zu sehen.
Das ganze Projekt nahm seinen Anfang, wie ich bereits erwähnte, am Max-Planck-Institut in Berlin - zusammen mit Dr. Wittmann,
der die Struktur der Ribosomen unbedingt enträtseln wollte.
Er half uns auch dabei, in Hamburg in der Nähe des Synchrotrons arbeiten zu können.
Er starb sehr früh und seine Nachfolger waren Franceschi und Fucini.
Wir hatten zwei Forschungsgruppen gleichzeitig und ich danke den jungen Mitgliedern dieser Gruppen für ihr Engagement
und ihre Entschlussfreudigkeit - in guten wie in (viel öfter) schlechten Zeiten.
Und hier sehen Sie die Hamburger Gruppe mit den Engeln, unseren Technikern
und auf der Suche nach besseren Bakterien im Toten Meer.
Und hier sehen Sie die israelische Gruppe, die unter Leitung von Dr. Anat Bashan, der leitenden Wissenschaftlerin,
immer noch besteht.
Ich kann Ihnen hier nicht im Einzelnen erklären, was jeder getan hat, aber jeder hat seinen Beitrag geleistet.
Was Sie hier sehen, ist eine Zusammenstellung aus den letzten drei Jahren.
Ich möchte, dass Sie sich Tamara anschauen, Tamara Auerbach.
Sie kam vor dreizehn Jahren für zehn Wochen zu uns, ist aber geblieben. Sie kam als Bachelor. Sie ist immer noch da.
Sie hat jetzt drei Kinder.
Aber an dem Tag, als ich diese Aufnahme machte, und das ist wichtig, war ihr Geburtstag und sie hatte einen Kuchen gebacken.
Und das hier ist ihr Kuchen, der zeigt, dass für meine Gruppe Ribosomen wie Süßigkeiten sind.
Ich möchte auch meiner Familie danken, die mich die ganze Zeit unterstützt hat, der ganzen Familie.
Aber ich möchte mich hier auf meine Enkeltochter konzentrieren.
Und das tue ich wegen all der jungen Frauen, die sich nicht sicher sind, ob es möglich ist,
Wissenschaft zu betreiben und eine Familie zu haben.
Schauen Sie hier, das ist eine Rede, die sie in Paris hielt, ohne mir vorher davon zu erzählen.
Wie Sie wissen, ist sie sehr beschäftigt. Aber dennoch findet sie Zeit für mich.
Und als sie fünf war, lud sie mich zu sich in ihren Kindergarten ein, weil ich dort erklären sollte, was Ribosomen sind.
Im Alter von zehn verlieh sie mir den wichtigsten Preis meines Lebens: "Großmutter des Jahres ist: Ada Yonath" -
ohne dabei eine Jahreszahl zu nennen.
Und das begründete sie damit, dass ich mich jedes Jahr aufs Neue zu bewähren hätte.
Ich habe also eine liebende, aber auch fordernde Familie. Wenn ich nicht mehr kann, wird sie übernehmen.
Vielen Dank.