Die Zusammenarbeit in Honolulu, die die moderne Gentechnik begründete

Spät in der Nacht bei belegten Broten im November 1972 diskutierten die Wissenschaftler Herbert Boyer und Stanley Cohen während einer gemeinsamen US-japanischen Konferenz über Plasmide auf Hawaii über die Kombination ihrer jeweiligen Durchbrüche im Labor. Boyer, der an der University of California in San Francisco forschte, hatte ein Enzym namens EcoRI analysiert, das DNA-Stränge mit versetzten Enden schnitt. Dadurch konnten sich Fragmente ohne zusätzliche chemische Hilfsmittel an komplementäre Stränge anlagern. Cohen, ein medizinischer Forscher an der Stanford University, hatte kurz zuvor ein Verfahren entwickelt, mit dem Bakterien Plasmid-DNA aufnehmen und identische genetische Klone erzeugen konnten. Laut dem Science History Institute vereinbarten die beiden Forscher bei ihrer nächtlichen Mahlzeit zu testen, ob sich Genstrukturen auf Plasmiden durch die Verbindung ihrer Methoden gezielt manipulieren ließen.

Die Kombination aus Enzymspaltung und Plasmidtransport

Der gemeinsame Arbeitsablauf hing vom kontinuierlichen Transport molekularen Materials zwischen San Francisco und Palo Alto ab. Im Labor von Cohen in Stanford isolierte Plasmide wurden in Boyers UCSF-Labor transportiert, um dort durch EcoRI gespalten zu werden. Die entstandenen DNA-Fragmente schickte das Team anschließend zurück nach Stanford, wo Forschende sie zusammenfügten und in Escherichia-coli-Bakterien einbrachten, um sie zu vervielfältigen. Im Frühjahr 1973 erzielte die Gruppe ihren ersten wegweisenden Erfolg mit einem Plasmid namens pSC101. Das Enzym EcoRI trennte pSC101 an einer einzelnen Stelle auf, ohne dessen Fähigkeit zur Selbstreplikation zu zerstören. Nachdem sie das geöffnete Plasmid mit komplementären DNA-Fragmenten gemischt und die molekularen Lücken mit einem weiteren Enzym versiegelt hatten, schleusten die Forscher die Hybridplasmide in mit Calciumchlorid behandelte Bakterien ein. Bei der Kultivierung auf Nährböden mit Tetracyclin überlebten nur diejenigen E.-coli-Bakterien, die die rekombinanten Plasmide enthielten. Dies bewies, dass die konstruierte Antibiotikaresistenz erfolgreich an identische bakterielle Nachkommen weitergegeben worden war.

Das Durchbrechen der Speziesgrenze

Nach ihrem anfänglichen Erfolg versuchten Boyer und Cohen zu testen, ob genetisches Material Artengrenzen überschreiten konnte – ein Unterfangen, das zuvor als unmöglich galt. Zunächst kombinierten sie Plasmide, die eine Tetracyclin-Resistenz vermittelten, mit solchen, die eine Kanamycin-Resistenz trugen. Anschließend gingen sie zu artübergreifenden Übertragungen über: Sie schnitten ein Plasmid aus Staphylococcus-Bakterien heraus, fügten es in ein E.-coli-Plasmid ein und schleusten die zusammengesetzte Struktur in lebende E.-coli-Bakterien ein. Die E.-coli-Zellen vermehrten das genetische Material der völlig fremden Bakterienart erfolgreich. Die Forscher gingen noch einen Schritt weiter und bauten Gene des Südafrikanischen Krallenfroschs in E. coli ein. Damit wiesen sie nach, dass bakterielle Zellen fremde tierische DNA zusammen mit ihrem eigenen Genom replizieren können.

Vom Labordurchbruch zum rekombinanten Insulin

Die Möglichkeit, fremde Gene in Wirtsbakterien zu übertragen, eröffnete sofort neue Perspektiven für die Herstellung therapeutischer menschlicher Proteine. Im Jahr 1976 gründete Boyer gemeinsam mit dem Risikokapitalgeber Robert Swanson das Unternehmen Genentech, um die rekombinante DNA-Technologie kommerziell zu nutzen. Bis zum Herbst 1977 gelang Boyer und dem Chemiker Keiichi Itakura die Synthese von Somatostatin in Bakterienzellen – einem menschlichen Gehirnhormon, das das Wachstumshormon reguliert. Im Jahr 1978 konstruierte das Forschungsteam ein Plasmid, das die genetische Sequenz für menschliches Insulin trug. Genentech ging eine kommerzielle Partnerschaft mit dem Pharmaunternehmen Eli Lilly and Company ein, um die Produktion hochzufahren. Dies führte 1982 zur Zulassung von Humulin durch die US-Arzneimittelbehörde FDA – dem ersten rekombinanten DNA-Medikament auf dem Markt.

Unterschiedliche Wege in Wissenschaft und Wirtschaft

Nachdem sie die Grundlagen der Gentechnik geschaffen hatten, schlugen die beiden Partner unterschiedliche berufliche Wege ein. Boyer konzentrierte sich durch seine Führungsrolle bei Genentech auf die kommerzielle Biotechnologie, während Cohen als Universitätsforscher in Stanford blieb und sich der Erforschung grundlegender Mechanismen in Biologie und Genetik widmete. Ihr Treffen auf der Konferenz im Jahr 1972 schuf die Fundamente der rekombinanten DNA-Technologie. Es verwandelte die Molekularbiologie in einen Industriezweig, der heute synthetische Humantherapeutika, Diagnostikwerkzeuge und landwirtschaftliche Nutzpflanzen hervorbringt, die direkt auf diese ersten Plasmidübertragungen zurückgehen.

Titelbild: KI-generierte Illustration; kein Dokumentarfoto.

Quelle: Herbert W. Boyer and Stanley N. Cohen