Vielen Dank.
Ich möchte zunächst Gräfin Bettina, Wolfgang Schürer
und den anderen Mitgliedern des Kuratoriums bedanken
– für die Einladung zu dieser Tagung und die Möglichkeit, mit anderen Nobelpreisträgern zu sprechen,
vor allem aber auch mit den Studenten und anderen jungen Wissenschaftlern; darüber freue ich mich immer sehr.
Ich werde heute nicht direkt über das Thema GFP sprechen, sondern habe meinen Vortrag inhaltlich etwas abgeändert.
Ich folge dem Rat eines Freundes und Kollegen – Stuart Firestein – der vor einigen Jahren dieses wunderbare Buch
"Ignoranz: Die Triebfeder der Wissenschaft" geschrieben hat.
Darin heißt es:
Wenn sich zwei Wissenschaftler treffen, langweilen sie sich rasch, wenn sie sich über das unterhalten,
was sie bereits herausgefunden haben – was wirklich spannend ist, sind die ungelösten Probleme sowie die Themen,
die sie aktuell beschäftigen.
Ich werde Ihnen daher ein wenig zu den Fragen, für die wir uns seit einer Weile interessieren, erzählen.
Auch wenn wir auf einige von ihnen bereits Antworten gefunden haben, so hoffe ich doch,
Ihnen eine Vorstellung von den anderen noch ungeklärten Problemen zu vermitteln.
Das Problem, das mich schon sehr lange beschäftigt, hat mich mechanischen Sinnen zu tun.
Allgemein stellt sich beim Thema Sinne die grundlegende Frage:
Wie erhalten wir Signale aus der Welt um uns herum?
Wir kennen seit etwa 130 Jahren das Molekül Rhodopsin und wissen daher, wie das Sehvermögen funktioniert,
wie Licht wahrgenommen wird.
Wir haben mittlerweile auch Rezeptoren entdeckt, die chemische Stoffe erkennen, wie Ihnen Brian Kobilka bereits erläutert hat.
Die chemische Signalübermittlung ist also kein ganz unbekanntes Thema für uns.
Eine Reihe von Sinnen, d.h. Rezeptoren werden jedoch mechanisch gesteuert.
Ich möchte Ihnen einige dieser Rezeptoren anhand eines alten Fotos von mir erklären.
In unserem Innenohr befinden sich Haarzellen, mit deren wir hören können.
Mit anderen Haarzellen können wir Beschleunigung wahrnehmen.
Mit Hilfe von Zellen in unseren Sehnen und Muskeln können wir deren Dehnung spüren.
Berührung nehmen wir über fünf verschiedene Zellgruppen in unserer Haut wahr
und der Blutdruck wird ebenfalls von Zellen konstatiert.
All diese Zellen haben eines gemeinsam.
Wir haben nicht die leiseste Ahnung, wie sie auf der molekularen Ebene funktionieren.
Ich beschäftige mich also schon eine ganze Weile mit diesem Thema.
Als Postdoc arbeitete ich gemeinsam mit John Sulston an der Erforschung des Tastsinns beim Fadenwurm C. elegans.
Kurz ein Wort zu dem Farbcode in meinen Folien.
Alle rot geschriebenen Namen sind Leute aus meinem Labor, alle Namen in Blau sind freie Mitarbeiter
und alle schwarzen Namen sind Leute, die etwas gemacht haben, das ich gerne gemacht hätte.
Wir benutzten also ein sehr feines Instrument
– ein Augenbrauenhaar, das wir an einen Zahnstocher geklebt hatten –
und kitzelten damit diesen Wurm.
Berührte man ihn am Kopf, bewegte er sich rückwärts, kitzelte man ihn am Schwanz, bewegt er sich vorwärts.
Tiere, denen diese blauen Zellen fehlen, spüren die Berührung nicht und können sich nicht bewegen.
Sie sind aber keinesfalls tot, denn man kann sie anderweitig dazu bringen, sich zu bewegen, indem man sie z.B. anstupst.
Das sind also die sechs Zellen des Tastsinns.
Schaut man sich diese Zellen im Querschnitt an, stellt man fest,
dass sie über sehr untypische bzw. ungewöhnliche Mikrotubuli und eine spezielle Zusatzmatrix verfügen.
Wir erzeugten in dem Tier mehr als 500 Mutationen, die dazu führten, dass es für Berührungen unempfindlich wurde.
Dann klonierten und kartierten wir all diese Gene.
Die Mutationen betrafen 17 Gene; fünf von ihnen bewirkten eine Berührungsunempfindlichkeit,
da die Zellen gar nicht erst gebildet werden.
Sie beeinträchtigten also die Entwicklung der Zellen.
Das war eine der grundlegenden Fragen, die uns beschäftigten.
Bei 12 Genen wurden die Zellen zwar gebildet, funktionierten aber nicht.
Wir hofften, anhand dieser Zellen etwas über die ihnen innewohnende Funktion als Tastsensoren herauszufinden.
Um herauszufinden, was das Schicksal der Zelle bestimmt, wollten wir wissen, wie sie die besonderen Merkmale,
über die sie verfügen, erwerben.
In der Entwicklungsbiologie stellt sich allgemein immer wieder die Frage nach der Bestimmung des Zellschicksals.
Darüber hinaus wollten wir wissen, wie das Schicksal der Zellen aufrecht erhalten wird, denn es genügt nicht,
die Weichen zu stellen, sie müssen auch entsprechend gestellt bleiben.
Uns interessierte, warum es bei Tieren nur sechs Zellgruppen mit diesen speziellen Merkmalen wie den Mikrotubuli usw. gibt.
Außerdem wollten etwas über die feinen Unterschiede zwischen diesen Zellen erfahren.
Die Zellen am Kopf besitzen z.B. Zellkörper mit nur einem vorderen Fortsatz,
wohingegen die Zellen im Schwanz einen vorderen und einen hinteren Fortsatz aufweisen.
Es existieren aber auch noch andere feine Unterschiede, z.B. bezüglich der Synapsen,
auf die ich später näher eingehen werde.
Wir wollten also verstehen, was das Schicksal der Zellen bestimmt.
Im Laufe der Jahre gelang uns das immer besser.
Schauen wir uns die Geschichte kurz im Schnelldurchgang an.
1981 entdeckten wir zwei der Gene, die die Entwicklung beeinträchtigen.
Wir stellten fest, dass die Aufgabe des erstens Gens – unc-86 – die Bildung der späteren Tastzellen ist.
Ohne dieses Gen werden diese Zellen nicht hergestellt.
Das zweite Gen – mec-3 – wird in den tastempfindlichen Zellen exprimiert; fehlt das Gen,
können sich die Zellen nicht differenzieren und es entstehen keine Mikrotubuli, keine zusätzliche Zellmatrix usw.
Unser Modell sah so aus, dass unc-86 offensichtlich für mec-3 wichtig ist und mec-3 nachgeschaltete Gene in den Zellen anschaltet.
unc-86 könnte man in diesem Zusammenhang als Hauptregulator bezeichnen.
1988 klonierten wir schließlich mec-3 und stellten fest, dass es sich um einen Transkriptionsfaktor handelt.
Ein Jahr später stellte sich interessanterweise heraus,
dass dieser Transkriptionsfaktor für seine eigene Aufrechterhaltung notwendig ist.
Auch das war also eine Voraussetzung dafür, dass sich Tastzellen entwickeln und ihre Funktion beibehalten.
Weitere vier Jahre später entdeckten wir, dass sich unc-86 an mec-3 bindet – es schaltete das Gen also nicht nur an,
sondern arbeitete bei der nachfolgenden Differenzierung mit ihm zusammen.
Es ist also nicht so, dass A B anschaltet und das wiederum C; vielmehr schaltet A B an und arbeitet dann mit B zusammen.
Das tatsächlich zu beweisen dauerte aber noch weitere fünf Jahre.
Wir dachten, ok, jetzt verstehen wir die Entwicklung.
Etwas später, im Jahr 2010, entdeckten wir jedoch, dass noch ein weiterer Transkriptionsfaktor angeschaltet wird,
der dafür sorgt, dass die Zellfunktion entsprechend aufrechterhalten wird.
Dieser Faktor ist also eine Art zelluläre Versicherung.
Wir finden in diesem Zusammenhang nach wie vor immer neue Gene.
Schauen Sie sich die Zeitspanne an – es dauerte wirklich lange, bis wir all das herausgefunden hatten.
Inzwischen haben wir eine gewisse Vorstellung, warum es nur sechs Gruppen von Tastzellen gibt.
Der Grund ist, dass verschiedene Transkriptionsfaktoren und weitere hierfür notwendige Faktoren zusammenwirken.
Sogar bezüglich der Frage, warum sich die Zellen auf verschiedenen Körperseiten sowie am Schwanz der Tiere unterscheiden,
sind wir weitergekommen.
Wie viele Organismen besitzt auch dieser Wurm einen Cluster aus Hox-Genen.
Wir dachten, oh, das ist gut, wir haben ein Gen pro Zellgruppe.
Diese beiden Gene werden exprimiert und sind für die Entwicklung des Schwanzes notwendig.
Verpflanzt man sie in die Kopfzellen, entwickeln sich diese zu Schwanzzellen mit einem hinteren Fortsatz.
Also sagten wir uns, es müsste noch ein anderes Gen geben, das für die Kopfzellen zuständig ist.
Und genau das fanden wir dann auch.
Es gab allerdings ein kleines Problem.
Das Gen wird in beiden Zelltypen exprimiert.
Glücklicherweise konnten wir diese Schwierigkeit umgehen,
da wir einen Co-Faktor fanden, der nur in den vorderen Zellen exprimiert wird.
Das Ganze ist also tatsächlich ein wenig komplexer.
Ich möchte unsere langjährige Arbeit ein wenig zusammenfassen.
In diesem Diagramm sehen Sie, dass wir zu unterschiedlichen Zeitpunkten Paper zu unterschiedlichen Themen einreichten
– wie in dem Beispiel von vorhin verliefen also auch hier die Dinge nicht linear.
Wir arbeiteten an einem Projekt, wechselten dann zu einem anderen, und es dauerte viele Jahre,
bis wir allmählich einen Einblick in die Thematik gewannen.
Zuweilen werde ich, vor allem von Studenten gefragt,
wie ich mit Frustration in der Forschung umgehe – schließlich gehört sie zur Wissenschaft dazu.
Ich sage dann immer:
"Da wir jeweils an mehreren Projekten gleichzeitig arbeiten, bleibt sie uns erspart.“
Ich möchte Ihnen daher nachdrücklich empfehlen, wenn möglich immer an mehr als eine Sache gleichzeitig zu arbeiten
– dann sind Sie fein raus, weil sich für gewöhnlich zumindest ein Projekt als spannend erweist.
Eines unserer Projekte ist natürlich das hier, das Paper über GFP aus dem Jahr 1994.
Ich möchte Ihnen aber noch ein wenig über den Kreislauf des Tastsinns erzählen.
Viele von Ihnen wissen wahrscheinlich, dass Sidney Brenner, John White und Kollegen 1986 ein sehr kurzes
– lediglich 340 Seiten umfassendes –
spektakuläres Paper in den Philosophical Transactions of the Royal Society, veröffentlichten,
in dem sie den kompletten Nachbau des Nervensystems von C. elegans beschrieben – jede Gap Junction,
jede chemische Synapse sowie alle 302 Nervenzellen.
Das ist eine wirklich bemerkenswerte Leistung, bedeutet aber nicht, dass wir das Nervensystem verstehen.
Ich werde gleich versuchen Ihnen das zu erklären.
Vorher möchte ich Ihnen aber noch den tastsensorischen Kreislauf erläutern.
Zunächst hielten wir ihn für ganz simpel.
Die tastempfindlichen Zellen sind sensorische Zellen,
d.h. sie erhalten Signale von außen und verschalten sich anschließend mit anderen Nervenzellen.
Das ist alles.
Anhand dieses Kreislaufs konnten wir die Funktionsweise der Zellen ermitteln.
Wir fanden heraus, dass die Zellen im Kopf Gap Junctions zu Interneuronen ausbilden,
die sich mit Motoneuronen verschalten, so dass sich das Tier rückwärts bewegt.
Die Zellen im Schwanz bilden Gap Junctions zu anderen Interneuronen aus, die sich mit anderen Motoneuronen verschalten,
so dass sich das Tier vorwärts bewegt.
Toll!
Und wir stellten noch etwas fest:
Die Zellen im Kopf bilden chemische Synapsen, die bekanntermaßen die entgegengesetzte Interneuronengruppe inhibieren.
Die Zellen im Schwanz tun dasselbe.
Dadurch ergibt sich ein sehr interessantes Problem.
Zwar erkennen beide Zellgruppen, die vorderen und die hinteren, beide Interneuronengruppen,
ihre chemische Verknüpfung mit ihnen ist jedoch völlig unterschiedlich – einmal entsteht eine chemische Synapse,
einmal eine Gap Junction.
Wie können diese praktisch identischen Zellen
1) die Interneuronen erkennen und
2) so grundlegend veschiedene Verknüpfungen mit ihnen eingehen?
Bislang haben wir noch keine Antwort darauf gefunden.
Es besteht aber noch ein anderes Problem bei diesem System.
Später entwickeln sich zwei weitere Zellen
– wir haben jetzt alle sechs Tastzellen –
die sich mit einer vollständig anderen Gruppe von Interneuronen verschalten.
Die Entwicklung des Nervensystems erfährt also eine Modifizierung, die wir wirklich gerne verstehen würden.
Und als ob das noch nicht genug wäre, existiert eine ganze Reihe weiterer Verknüpfungen,
die diese Zellen mit anderen Systemen eingehen.
Hier ganz am Ende des Schwanzes wird z.B. das Neuropeptid FLP-20 freigesetzt,
das Auswirkungen auf andere Zellen im Schwanz männlicher Tiere hat.
Dieses scheinbar so simple System ist also unglaublich komplex,
und die Zellen integrieren offenkundig zahlreiche sensorische Signale.
Wie ich bereits sagte, untersuchten wir auch die Funktionsweise der Zellen und klonierten zu diesem Zweck all diese Gene.
Ich möchte Ihnen einige Ergebnisse dieser Untersuchungen erläutern.
Zunächst einmal identifizierten wir eine neue Klasse von Natriumkanälen, die heute als DEG/ENaC-Familie bezeichnet werden.
Sie wiesen ungewöhnliche Mutationen auf, die bewirkten, dass die Kanäle offen bleiben und die Zellen absterben.
Es handelte sich dabei möglicherweise um eine der ersten so genannten Kanalopathien.
Gemeinsam mit Thomas Benzing, der heute in Freiburg tätig ist, entdeckten wir, dass MEC-2 und ähnliche Proteine,
einschließlich eines Proteins in der menschlichen Niere,
eigentlich eine neue Klasse in der Membran lokalisierter Cholesterin bindender Proteine darstellen.
Wir fanden ein neues Gen namens MEC-17, das für diese und weitere Funktionen benötigt wird,
und konnten belegen, dass Alpha-Tubulin de facto mit Hilfe des Modifikationsgens acetyliert wird.
Aktuell beschäftigen wir uns damit zu zeigen, dass ein weiteres Protein wie eine neue Klasse von ER-Chaperonen aussieht.
Ich sage immer, dass ich im Grund genommen Genetiker bin;
daher rettete uns bei der Frage nach dem Tastsinn – und unsere diesbezüglichen Experimente waren wirklich schwierig – die Genetik.
Bob O’Hagan, ein Doktorand, und Miriam Goodman, die zweifarbig ist,
weil sie erst Postdoc und anschließend freie Mitarbeiterin war
– sie ist heute an der Stanford University tätig –
entwickelten ein wunderbares Verfahren zur Aufzeichnung von Daten aus der Zelle;
zu diesem Zweck muss man den Wurm vorher ein bisschen anstechen,
damit der Innendruck entweicht – tut man das nicht und setzt die Elektrode ein, würde das Tier explodieren.
Das wäre für das Experiment ein wenig ungünstig.
Sobald der Druck entwichen ist, macht man hier einen kleinen Schnitt und die Zelle wird aufgrund des GFP sichtbar.
Die darin fließenden Ströme lassen sich mit Hilfe einer Patchpipette messen.
Anschließend stimuliert man das Tier, indem man es berührt.
Sie sehen hier den Impuls, die Spannung fällt deutlich ab, was auf einen Natriumstrom deutet,
der bekanntermaßen durch diese Kanäle fließt.
Bei der MEC-4-Mutante, die kein solches Gen aufwies, konnte überhaupt keine Aktivität festgestellt werde.
Dieses Experiment wird in der Genetik häufig durchgeführt.
Man schaltet ein Gen aus, um zu sehen, was passiert; das ist schon mal ein sehr guter Anfang.
Doch es gibt dabei ein Problem:
Wir haben nämlich keine Ahnung, welcher Zusammenhang zwischen dem Genprodukt und den Ergebnissen besteht.
Ich möchte Ihnen ein analoges Beispiel nennen.
Was bewirkt, dass sich ein Auto vorwärts bewegt?
Eine entscheidende Voraussetzung hierfür ist der Autoschlüssel, schließlich lässt sich das Auto ohne ihn nicht starten.
Natürlich ist in diesem Beispiel nicht nur der Autoschlüssel von Bedeutung.
Doch treiben wir die Analogie noch ein bisschen weiter:
Was wäre, wenn es einen Gegenstand gäbe, den Sie zwar dabei haben, dessen Form jedoch vorher irgendwie verändert wurde,
so dass sich das Auto nun jedes Mal, wenn Sie etwas tun, was normalerweise dazu führt,
dass es sich vorwärts bewegt, rückwärts bewegt?
Sie würden sagen, dass es sich bei dem Gegenstand um etwas handelt, das für den Startvorgang wesentlich ist.
Dasselbe geschah bei uns auf der genetischen Ebene.
Wir stellten nämlich fest, dass der Natriumstrom bei Vorliegen bestimmter Mutationen
– Missense-Mutationen in den beiden Kanaluntereinheiten MEC-4 und MEC-10 –
und einer Spannung von +6 mV anstelle von -74 mV weniger stark fließt.
Der Wildtyp weist daher nur diese kleinen Lichtpunkte auf.
Bei den Mutanten zeigte sich bei -74 mV gar keine Aktivität,
wohl aber bei +6 mV, nur dass jetzt die Peaks in die andere Richtung zeigten.
Der Grund hierfür war, dass wir aus dem natrium-selektiven Kanal, bei dem das Natrium in die Zelle strömt,
einen kalium-selektiven Kanal, bei dem das Kalium aus der Zelle austritt, gemacht hatten.
Das war der Beweis dafür, dass es sich hier um den Sensor handelt; so interpretierten es jedenfalls die meisten Leute.
Wir hatten also den Sensor und begannen darüber nachzudenken, ob… Wissen Sie, unsere Sensoren sind ja keine Systeme,
die einfach ein- und ausgeschaltet werden.
Sie werden modifiziert.
Wir sprechen von unseren Sensoren immer, als wären sie isoliert,
doch in Wirklichkeit werden sie stark durch andere Sinne beeinflusst.
Ich hatte einmal einen wunderbaren Doktoranden, Xiaoyin Chen, der auch schon einmal hier in Lindau war;
er wollte immer Robert genannt werden.
Er fand eines Tages diese Autolautsprecher im Labor und wollte wissen, was passiert,
wenn er die Würmer auf die Lautsprecherplatte setzt und diese eine Zeit lang vibrieren lässt.
Er baute also das Experiment, das mehrere Stunden dauerte, auf.
Während der Versuch lief, war er selbst nicht im Labor, dafür hörten die anderen mit.
Später überprüfte er, was geschah, wenn er die Tiere von der Platte nahm und ihren Tastsinn untersuchte.
Wir hatten erwartet, dass sich die Würmer bei fortgesetzter Vibration daran gewöhnen
und immer weniger tastempfindlich werden.
So war es auch am Anfang.
Dann jedoch stellten wir fest, dass sie immer sensibler wurden.
Interessanterweise fand diese erneute Sensibilisierung nur in den vorderen,
nicht aber den hinteren Zellen statt, d.h. nur in einer Zellgruppe, nicht in beiden.
Chen entdeckte noch drei weiter Möglichkeiten, den Tastsinn zu modulieren:
durch hohen Salzgehalt, geringe Sauerstoffkonzentration bzw.
den Ruhezustand, das so genannt Dauerstadium.
Auch diese Experimente dauerten mehrere Stunden und zeigten nur bei den vorderen Zellen Wirkung.
Chen wollte den Grund hierfür herausfinden und bediente sich dabei unseres MEC-4-Kanals.
Er stellte fest, dass sich Vibrationen über Integrine und fokale Adhäsionen,
die als sekundäre mechanische Sensoren fungieren, übertragen.
Er entdeckte auch den Signalweg,
der zur Ubiquitinierung oder in diesem Fall zur Unterbindung einer Ubiquitinierung des Kanals führt.
Hypoxie und Dauerstadium aktivieren dagegen den Insulin-Signalweg und verhindern de facto die Signalübertragung.
Ohne das Signal wird der Kanal ubiquitiniert und von der Oberfläche entfernt.
Auf diese Weise sinkt die Sensibilität der Zellen.
Er fand zudem heraus, dass eine andere Zellgruppe denselben Signalweg über ein anderes Insulin beeinflusst.
Ich möchte Ihnen ein paar Punkte zu diesem Thema erläutern.
Neurohormone, in diesem Fall zwei unterschiedliche Insuline,
sind für die Modulierung des Kreislaufes von großer Bedeutung.
Diese sensorischen Zellen erhalten nicht nur Informationen von außen, sondern auch interne Signale, die ihre Funktion verändern.
Sensorische Signale können an mehreren Stellen integriert werden.
Diese Zellen
– wir haben hier zwei Insulin freisetzende Zellen im Rachen, M4 und I5 –
integrieren beide Signale, Hypoxie und Dauerstadium.
Der Insulinrezeptor wiederum integriert die Effekte der beiden Insulin freisetzenden Zellen und das nachgeschaltete AKT-1-Produkt,
die AKT-Kinase integriert die Effekte des Insulin- und Integrinsignalpfads, was wiederum andere Reaktionen auslöst.
Es existieren also verschiedene Ebenen der sensorischen Integration sowohl außerhalb als auch innerhalb der Zellen.
Die Tatsache, dass Insuline für diese Signale notwendig sind, faszinierte uns.
Wir haben keine Ahnung, ob hier tatsächlich ein Zusammenhang besteht.
Bei manchen Menschen diagnostiziert der Arzt Diabetes Typ 2, jedoch nicht,
weil sich in ihrem Blut Zucker findet oder sie anderweitige Beschwerden haben,
sondern weil sie über ein Taubheitsgefühl in Fingern und Zehen klagen.
Wer weiß, ob nicht vielleicht beim Menschen ein ähnlicher Mechanismus besteht,
der die Konzentration von beispielsweise Rezeptoren auf diesen Tastzellen reguliert.
Wir versuchten also den Grund hierfür herauszufinden.
Ich möchte Ihnen dazu ein paar kurze Filme zeigen.
Sie sehen hier links einen Wurm auftauchen; er steckt seinen Kopf in die lassoartige Schlaufe dieser Pilze.
Dann erfolgt eine mechanische Reaktion, die Schlaufe zieht sich zu und das Tier ist gefangen.
In dem rechten Film sehen Sie, wie sich ein Wurm nähert – das sollte er jedenfalls.
Er steckt seinen Kopf in die Schlaufe, denkt sich 'nichts da' und zieht ihn wieder heraus.
Mark Alkema und sein Labor in Massachusetts fanden heraus, dass der Wildtyp-Wurm relativ häufig entkommt,
nämlich in etwa 80% der Fälle.
Schaltet man aber sein Tastsystem aus, gelingt ihm das nicht.
Das könnte eine Antwort auf die Frage sein, warum der Tastsinn dieser Würmer durch Vibrationen beeinflusst wird.
Man findet die Tiere nämlich oftmals in fauligem Obst, d.h. auf regendurchweichten Wiesen.
Durch den stundenlangen Regen gewöhnen sie sich an die Berührung, so dass sie für die Pilze eine leichte Beute sind.
Wenn wir das System reaktivieren könnten, würde es wieder funktionieren.
Dieses Ergebnis ist daher vermutlich eine Folge dieser Veränderung.
Ich möchte Ihnen noch einen anderen Effekt zeigen, wie man nämlich den Wurm abschreckt.
Hypoxie, Ausbildung des Dauerstadiums, hohe Salzkonzentrationen,
all das sind Bedingungen, die Würmer nicht leiden können und denen sie zu entkommen versuchen.
Normalerweise bewegt sich das Tier bei Berührung am Schwanz vorwärts und bei Berührung am Kopf rückwärts
– so habe ich es Ihnen vorhin beschrieben.
Doch es geschieht noch etwas anderes.
Berührt man den Wurm am Kopf, bewegt er sich zwar zunächst rückwärts,
biegt dann aber in eine andere Richtung ab, weil er nicht erneut berührt werden will.
Klopft man auf die Lautsprecherplatte und stimuliert damit alle Zellen,
überstimmt bei gesunden Tieren unter Normalbedingungen der Kopf den Schwanz,
so dass sie sich zunächst rückwärts und dann in eine neue Richtung bewegen.
Schaltet man das vordere Tastsystem aus, geschieht das nicht.
Klopf man unter Normalbedingungen, wo der Wurm sich nicht darum kümmert, wie schnell er an sein Ziel gelangt,
und nicht vor etwas zurückscheut, auf die Lautsprecherplatte, stimuliert ihn also, wechselt er die Richtung.
Dann dauert es eine Weile, bis er an sein Ziel, in diesem Fall einen Lockstoff gelangt.
Unter schlechteren Bedingungen, d.h. bei ausgeschaltetem Tastsystem, wird hauptsächlich der Schwanz stimuliert:
Bei jedem Klopfen bewegt sich der Wurm ein wenig schneller vorwärts.
Auf diese Weise überwindet er die Strecke in kürzerer Zeit und ist zielstrebiger.
Auch dies könnte eine Folge der Veränderung sein.
Ich überspringe die nächste Folie, auf der diese Veränderungen dargestellt sind.
Ich möchte noch zwei Punkte ansprechen.
Einmal den so genannten Hershey-Himmel, der allerdings nichts mit Schokolade zu tun hat,
sondern sich auf eine Frage bezieht, die einmal Alfred Hershey gestellt wurde,
wie er sich nämlich den 'Himmel des Wissenschaftlers' vorstelle.
Seine Antwort lautete:
“Man hat ein funktionierendes Experiment, das man immer weiterführt, so dass man stets etwas Neues dazulernt.”
Für mich sind die Zellen, mit denen ich arbeite, eine Art Hershey-Himmel.
Es existieren immer noch zahlreiche Probleme, denen wir auf den Grund gehen möchten;
wir wollen z.B. den Grund für das Auswachsen dieser Fortsätze verstehen.
Außerdem hat sich herausgestellt, dass die Zellen von Gewebe umhüllt sind, doch wir haben keine Ahnung warum.
Aktuell suchen wir zur Beantwortung dieser Frage nach Mutanten.
Wir haben aber auch noch viele andere Fragen.
Was sind die nachgeschalteten Gene?
Wodurch erfolgt die Organisation der Mikrotubuli?
Welche Funktion in Gottes Namen haben die Mikrotubuli in diesen Zellen?
Wodurch werden die Synapsen gesteuert?
Welche Bedeutung hat die Veränderung an den Synapsen mit zunehmendem Alter der Tiere?
Welche anderen Neuropeptide beeinflussen den Tastsinn?
Welche Neuropeptide setzen die Tastzellen bei der Signalübertragung frei?
Es existiert eine Neurohormonsteuerung, eine Art “Schattennervensystem”, über das wir ebenfalls herzlich wenig wissen.
Wie wird die synaptische Habituation gesteuert?
Das ist ein anderes Thema.
Doch jetzt kommt die eigentlich wichtige Frage:
Wie funktioniert das Tastgefühl?
Wir kennen zwar die Ergebnisse, wissen aber nicht, wie sie zustande kommen.
Und schließlich:
Wodurch wird der Tastsinn beim Menschen vermittelt?
Ist der Mechanismus derselbe?
Bei all diesen Projekten handelt es sich um Grundlagenforschung, aus der sich die unterschiedlichsten Konsequenzen ergaben.
Es gibt zu diesem Thema ein schönes Zitat von Robert Wilson,
das ich aber auslassen werde, da ich Ihnen in den letzten vier Minuten noch etwas anderes zeigen möchte.
Das ist eine kleine Aktion, an der ich teilnehme.
Bitte merken Sie sich zwei Worte auf dieser Folie, das Wort “Gewinner” und die Abkürzung FASEB,
die für Federation of American Societies of Experimental Biology steht.
Die FASEB richtet einen Wettbewerb namens 'Eintreten für die Wissenschaft' aus;
dabei sind Postdocs und Studenten in den Vereinigten Staat aufgerufen ein Video zu produzieren.
Ich zeige Ihnen gleich den Gewinner vom letzten Jahr.
Das Video ist toll und verbreitet sich zu meiner Freude wie ein Lauffeuer.
Sobald Sie bei Youtube 'Gewinner' und 'FASEB' eingeben, können Sie es anklicken.
Der eine oder andere Zuhörer wird einen Teil des die hier beschriebenen Arbeitsgebietes kennen,
vor allem Han und Ver.
Hier ist also das Video:
Förderung der Grundlagenforschung.
Es ist ein sonniger Tag in San Francisco.
Wir bauten am Ufer einen Tisch auf und stellten den Leuten folgende Frage:
Wir schreiben das Jahr 1960 und Ihnen stehen 10 Dollar zur Förderung eines wissenschaftlichen Projektes zur Verfügung.
Sollen die Forscher mit Ihrem Geld a) eine kostengünstige Diabetes-Therapie entwickeln oder b) herausfinden,
wie Bakterien sich selbst schützen?
Die meisten Leute, die wir befragten, wollten mit dem Geld die Entwicklung einer Diabetes-Behandlung unterstützen.
Doch was geschah tatsächlich vor 50 Jahren?
Die Regierung beschloss, die Erforschung der bakteriellen Selbstschutzmechanismen gegen Viren zu fördern.
In den USA sind zwei Regierungsbehörden, die Nationale Wissenschaftsstiftung NSF und die Nationalen Gesundheitsinstitute NIH
für die Vergabe von Steuergeldern an Wissenschaftler zuständig.
Sie beschlossen die finanzielle Unterstützung von Forschungsgruppen,
die die Untersuchung der Selbstschutzmechanismen von Mikroben für eine interessante Frage hielten.
Damals konnte man nicht wissen,
ob dieser Bereich der Grundlagenforschung einmal Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben würde.
Die Wissenschaftler waren einfach neugierig und wollten die biologischen Prozesse bei Bakterien verstehen.
Und was fanden Sie heraus?
Normalerweise schleust ein Virus beim Eindringen in ein Bakterium seine eigene DNA ein,
kontrolliert auf diese Weise das Bakterium und nutzt es zur Erzeugung weiterer Viren.
Die Wissenschaftler fanden heraus, dass sich Bakterien durch selektives Herausschneiden der viralen DNA vor den Viren schützen.
Diese grundlegende Erkenntnis führte zu einer wissenschaftlichen Revolution.
Die Forscher lernten, wie man bestimmte DNA-Stücke ausschneidet,
und konnten mit Hilfe dieser Technik Gene verschieben und sogar menschliche DNA in Bakterien einschleusen.
Da sich Bakterien äußerst schnell vermehren,
kann man sie in der Forschung zur Herstellung großer Mengen an Humanproteinen aus dem eingeschleusten menschlichen Gen einsetzen.
Doch inwieweit war diese Technik für die modern Medizin von Nutzen?
Ein Durchbruch war die effiziente Herstellung von Humaninsulin durch Einschleusen des Humaninsulingens in Bakterien
– ein äußerst bedeutsamer Fortschritt bei der Diabetes-Behandlung.
Bevor zur Herstellung von großen Mengen an Humaninsulin Bakterien eingesetzt wurden,
war Insulin teuer, unsicher und weniger effizient, da es aus Kälberföten gewonnen werden musste.
Der erste Diabetiker, dem Kälberinsulin gespritzt wurde, reagiert darauf sogar mit einer schweren Allergie.
Aufgrund zahlreicher staatlich geförderter Projekte in der Grundlagenforschung
stellt Humaninsulin heute eine kostengünstige Möglichkeit zur Behandlung von Diabetes dar.
Indem sie die Schutzmechanismen von Bakterien hinterfragten, entdeckten die Wissenschaftler,
dass Bakterien DNA ausschneiden können.
Diese Entdeckung wurde von tausenden von Laboren auf der ganzen Welt zu einer elementaren Technik weiterentwickelt,
mit deren Hilfe sich neue Erkenntnisse gewinnen und neue Fragen stellen ließen,
die zu den verschiedensten Therapien und Technologien führten:
Insulin, die Technik des DNA-Fingerabdrucks, Biokraftstoffe, das Humangenom, Wachstumshormone, Krebsmedikamente,
Schlaganfallmedikamente, Impfstoffe, HIV-Medikamente, Antibiotika und vieles mehr.
Genügend Zeit und Mittel vorausgesetzt – wer weiß, was noch kommt?
Auch zahlreiche andere aufgrund der aktuellen Entdeckungen erzielte medizinische Fortschritte
wären ohne staatliche Förderung der Grundlagenforschung praktisch unmöglich gewesen.
Grundlagenforschung ist eine Investition in unsere Zukunft.
Sie erweitert unser Verständnis von der Welt, in der wir leben, und ihre potentiellen Vorteile sind unbegrenzt.
Leider stagniert die Wissenschaftsförderung in den USA,
was die Teilnehmer schwächt und unserer Wettbewerbsfähigkeit und Innovationskraft erheblich schadet.
Sie wissen es vielleicht nicht, aber Sie und Ihre Steuergelder sind Teil des Entdeckungsprozesses.
Dank Ihnen fanden Wissenschaftler heraus, dass Bakterien DNA ausschneiden können.
Und dank Ihnen wurden Insulin, andere Medikamente und Diagnosegeräte entwickelt, die Patienten heute helfen.
Deshalb möchten wir uns bei Ihnen für die Unterstützung der Grundlagenforschung bedanken.
Wir sind die Forscher, die sich auf Sie verlassen.
Und wir sind gespannt auf die Zukunft, die vor uns liegt.
Bitte zeigen Sie dieses Video so vielen Leuten wie möglich.
Vielen Dank.