Avery und die DNA: Wie ein Pneumokokken-Versuch auf das Molekül der Vererbung wies, 1944
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Avery und die DNA: Wie ein Pneumokokken-Versuch auf das Molekül der Vererbung wies, 1944
An Tag 117 haben wir gesehen, wie die gemeinsame Sprache entstand, die die Krankheit beschreibt: Tumor, Knoten, Fernausbreitung. Heute entfernen wir uns von den Tumoren, denn eine der Fragen, die dem Krebs am nächsten kommen, wurde nicht in einem Tumorlabor gestellt, sondern in einem Raum, in dem die Kapsel eines Lungenentzündungs-Bakteriums untersucht wurde: Mit welchem Molekül wird eine Eigenschaft einer Zelle, also ein Stück Erbinformation, von einem Ort zum anderen getragen? Dieser Text erzählt die Antwort auf diese Frage und hält das Versprechen vom Ende des Tages 117: Ich werde an Quellen prüfen, wie diese Geschichte tatsächlich mit der Krebsgeschichte zusammenhängt.
Griffiths überraschende Maus
1928 veröffentlichte der britische Bakteriologe Frederick Griffith einen Versuch mit dem Pneumokokkus, dem Bakterium der Lungenentzündung. Es gab eine bekapselte, krankheitserregende Form (Typ III) und eine kapsellose, harmlose Form (Typ II). Griffith zeigte, dass lebende kapsellose Bakterien, mit hitzeinaktivierten bekapselten Bakterien vermischt, eine Kapsel erwarben und Krankheit auslösen konnten; das hatte er sowohl bei Mäusen als auch im Reagenzglas gesehen. Etwas ging von den hitzeinaktivierten Zellen auf die lebenden über und veränderte ein erbliches Merkmal. Griffith nannte es das "transformierende Prinzip". Was es war, blieb unklar.
Dieser Befund blieb sechzehn Jahre lang ein Rätsel. Die Frage war die chemische Identität des Stoffes, der die Kapsel eines Bakteriums veränderte: Protein, Kohlenhydrat, Lipid, Nukleinsäure? Die verbreitete Ansicht jener Jahre war, dass Erbinformation von Proteinen getragen werden könne, weil Proteine als sehr vielfältig und komplex galten; die DNA erschien dagegen als "zu einfaches" Molekül aus vier Bausteinen.
Ein Labor, ein Stoff, drei Autoren
Ab 1940 nahm Oswald Avery die Frage am Krankenhaus des Rockefeller-Instituts wieder auf. Avery arbeitete seit 1913 an diesem Krankenhaus und hatte fünfunddreißig Jahre lang fast nur mit dem Pneumokokkus zu tun gehabt. Maclyn McCarty stieß 1941 zum Labor; Avery und McCarty verfeinerten die von Colin MacLeod entwickelten Aufbereitungstechniken und isolierten aus Pneumokokken einen biologisch aktiven Stoff. Die Transformation ließ sich zunächst nicht verlässlich wiederholen; als sie verlässlich wurde, zeigten sie, dass sich mit dem hochgereinigten Stoff aus Typ-II-Kulturen dauerhafte Typ-III-Kolonien gewinnen ließen. Enzyme, die Proteine und Lipide abbauen, inaktivierten den Stoff nicht, auch das RNA abbauende Enzym nicht; der Stoff hatte ein hohes Molekulargewicht und reagierte stark auf den für DNA verwendeten Dische-Test. Das Ergebnis: Das transformierende Prinzip war DNA.
Anfang April 1943 stellten die drei Forscher ihre Befunde dem Kuratorium der wissenschaftlichen Direktoren des Instituts vor. Bekannt ist ein 14-seitiger Brief, den Avery am 13. Mai 1943 an seinen Bruder Roy schrieb; er soll sowohl die Begeisterung über die Arbeit als auch die Sorge enthalten, die Befunde würden nicht akzeptiert. Er soll geschrieben haben, er halte es für möglich, dass sich der Stoff wie ein Virus oder ein Gen verhalte (sinngemäße Zusammenfassung). Avery hatte die Skepsis von Anfang an einkalkuliert; eine Untersuchung, die er Jahre zuvor mit seinem Kollegen Alphonse Dochez durchgeführt hatte, hatte Streit ausgelöst. So unterzog er den Befund monatelanger interner Prüfung im Krankenhaus und schrieb in der Arbeit offen, die Aktivität könne von einer sehr kleinen Menge eines anderen, die DNA begleitenden Stoffes stammen (sinngemäße Zusammenfassung). Die 1944 im Journal of Experimental Medicine erschienene Arbeit (Band 79, Heft 2, Seiten 137-158) vertrat, dass der Stoff DNA sei, und fasste ihre Deutung zugleich vorsichtig.
Warum wurde sie nicht sofort akzeptiert?
Die erste Reaktion war gemischt. Einige Zeitgenossen sahen sofort, dass die Transformation Erbmaterial zwischen Bakterien übertrug und dass dieses Material höchstwahrscheinlich DNA war; viele waren nicht überzeugt, weil sie die DNA für zu einfach hielten, um Vererbung zu tragen. Averys Kollege am Institut, Alfred Mirsky, vertrat, der wirksame Stoff sei ein an DNA gebundenes Protein, und bei der Reinigung könne etwas Protein zurückgeblieben sein und die DNA verunreinigt haben. Der Einwand war nicht absurd: H. Bentley Glass von Cold Spring Harbor beschreibt 1946, die Reinigung sei nicht vollständig genug gewesen, um alle davon zu überzeugen, dass kein Protein zurückbleibe (sinngemäße Zusammenfassung). Im selben Jahr zeigten zwei neue Arbeiten von Avery und McCarty, dass das DNA abbauende Enzym (DNase) die Aktivität zerstörte; McCarty schrieb später, diese Daten ließen den Skeptikern wenig Raum (sinngemäße Zusammenfassung).
Was folgte, kam wie eine Kette. Erwin Chargaff stellte nach der Lektüre der Arbeit von 1944 sein Labor von Lipoproteinen auf Nukleinsäuren um und zeigte bis 1950, dass die Basenverhältnisse in der DNA von Art zu Art variieren: Die DNA war komplexer als gedacht. 1952 zeigte der Bakteriophagenversuch von Hershey und Chase, dass vom Virus nur DNA in das Bakterium eindringt, und viele werteten ihn als endgültige Bestätigung; es folgte die Strukturarbeit von Watson und Crick von 1953 (an einem späteren Tag des Plans). Unter den Bedingungen von 1944 war der Umlauf von Veröffentlichungen eingeschränkt, und die Zeitschrift hatte einen engen Leserkreis; dennoch soll die Arbeit bis 1954 mehr als dreihundert Zitate erhalten haben.
WAS IST ERBMATERIAL?
Das Molekül, das die erblichen Eigenschaften einer Zelle oder eines Lebewesens von einer Generation zur nächsten trägt, heißt Erbmaterial. Der Versuch von 1944 zeigte, dass dies bei Bakterien die DNA ist: Gereinigte DNA konnte die Eigenschaft eines Pneumokokkentyps auf einen anderen übertragen.
Dieser Befund ist ein im Labor mit einer Bakterienart durchgeführter Versuch. Er lässt sich nicht sofort auf menschliche Zellen verallgemeinern; die Verallgemeinerung leisteten die Belege der folgenden Jahrzehnte.
Die Verbindung zur Krebsgeschichte: was es gibt, was nicht
Beim Durchsehen der Quellen fand ich nichts, was zeigt, dass die Arbeit von 1944 mit Krebs zu tun hatte: Avery arbeitete mit dem Pneumokokkus, und in den Übersichtsquellen, die ich benutzt habe, kommt keine Diskussion über Krebs vor. Die Arbeit selbst habe ich nicht gelesen; deshalb sage ich, dass die Verbindung nicht in der Arbeit liegt, sondern um sie herum.
Die Verbindung ist diese, und sie ist meine eigene Lesart: An Tag 98 sahen wir Boveris Hypothese, Krebs könne aus einem Chromosomenungleichgewicht entstehen, an Tag 99 Yamagiwas mit Teer erzeugten Tumor, an Tag 97 Rous' durch ein Virus übertragenes Sarkom. Alle drei Erzählungen ließen dieselbe Frage offen: Was hält eine Zelle krebsig, was wird bei der Teilung an die späteren Zellen weitergegeben? Nach einer erblichen Veränderung lässt sich erst konkret fragen, wenn das Molekül der Vererbung bekannt ist. Der Versuch von 1944 zeigte, dass dieses Molekül bei Bakterien die DNA ist; die Frage, die zum Krebs wurde, war, ob eine Veränderung der DNA in menschlichen Zellen Krebs auslösen kann, und die Antwort kam viel später. 1944 ist also keine Antwort für den Krebs, sondern der Augenblick, in dem sich eine Frage verschob.
Die Grenze dieser Verbindung muss ich ebenfalls offen sagen: Dass die DNA das Molekül der Vererbung ist, beweist nicht, dass Krebs aus einer Veränderung der DNA entsteht. Dieser Beweis kam viel später, mit Onkogenen und Tumorsuppressorgenen, und wird an späteren Tagen der Serie gesondert erzählt. Was 1944 leistete, war, diese Frage stellbar zu machen.
Es gibt auch eine schwerere Verbindung, und sie ist keine Deutung, sondern ein Beleg: Avery verlor am 20. Februar 1955 in Nashville sein Leben, an einem ausgedehnten Leberkrebs, der bei einer Operation Ende des Sommers 1954 festgestellt worden war; er war 77.
PREIS: EIN PIONIER OHNE PREIS, UND DAS DILEMMA DER VORSICHT
Avery erhielt den Nobelpreis nicht. Eine Sekundärquelle (Gregory Petsko) schreibt, Averys Team sei nach 1944 wiederholt nominiert worden und Mirsky habe jahrelang gegen diese Anerkennung gearbeitet; die Jahre der Nominierung und die Gründe des Komitees konnte ich aus dieser Quelle aber nicht überprüfen. Deshalb kann ich die Frage, "warum er nicht verliehen wurde", nicht sicher beantworten. Das Motiv des "falschen Nobelpreises", dem wir in der Serie gefolgt sind (Tag 99 Yamagiwa, Tag 102 Fibiger), kehrt hier in anderer Form wieder: diesmal ein Pionier, der nie ausgezeichnet wurde.
Das zweite Dilemma ist Averys eigene Vorsicht. Die Arbeit stellte ihr Ergebnis in einer Sprache dar, die nicht übertrieb; das war wissenschaftliche Ehrlichkeit, ließ den Lesern aber auch eine Tür offen, die sagte: "Es könnte ein anderer Stoff sein." Ob diese Vorsicht die Akzeptanz verzögerte, kann ich nicht sagen: Dieselbe Sekundärquelle nennt die Behauptung, Averys Werk sei zu seinen Lebzeiten nicht gewürdigt worden, "Unsinn" und schreibt, 1952 sei allgemein akzeptiert gewesen, dass Gene aus DNA bestehen.
Was bleibt
- Dass die DNA das Molekül der Vererbung ist, durch die unabhängigen Belege der folgenden Jahrzehnte
- Das Modell, ein Ergebnis mit mehreren unabhängigen Methoden zu prüfen (Enzyme, chemische Tests)
- Eine aus einem Bakterium erwachsene Frage, die auch den Krebs berührt: Was ist eine erbliche Veränderung?
Was fiel oder überwunden wurde
- Die Annahme, "nur Protein könne Vererbung tragen"
- Die Erwartung, ein einziger Versuch schließe jeden Zweifel: Es brauchte eine Kette von Prüfungen von 1944 bis 1952
- Der Einwand, der gereinigte Stoff könne noch mit Protein verunreinigt sein (nach 1946 stetig schwächer)
Vom transformierenden Prinzip zur DNA. Die Achse reicht von 1928 bis 1952; die Striche markieren Jahrzehnte. Orange Kästen sind der Vorläufer und die nachfolgenden Bestätigungen, grüne Kästen Averys Team. Maßstab ungefähr.
Der Weg dieses Versuchs in die Türkei
Zu der Frage, wann und von wem Averys Versuch in der Türkei erstmals zur Kenntnis genommen wurde, fand ich keine überprüfte Quelle; deshalb nenne ich weder ein Datum noch eine Person. Die allgemeine Schlussfolgerung lautet: Kein Labor, das heute die DNA-Veränderungen im Tumor einer Patientin oder eines Patienten untersucht, hätte aufgebaut werden können, ohne zu wissen, dass das Molekül der Vererbung die DNA ist. In dem Teil der Serie, der der Türkei gewidmet ist, wird die Geschichte der molekularen Diagnostik des Landes an Quellen geprüft.
VON 1928 BIS 1953
WAS BESTÄTIGT WURDE, WAS SICH WIDERSPRICHT
- Datum der Arbeit: Eine historische Übersicht (2024) gibt die Arbeit mit 1. Februar 1944 an, J Exp Med Band 79 Heft 2, Seiten 137-158. Eine andere Quelle (NLM) sagt, das Manuskript sei im Dezember 1943 eingereicht und "im Frühjahr 1944" veröffentlicht worden. Beide verwechseln möglicherweise das Datum des Zeitschriftenhefts mit dem Einreichungsdatum; da ich die Arbeit selbst nicht gelesen habe, konnte ich den Widerspruch nicht auflösen.
- Der Brief: Das Datum 13. Mai 1943 und die Angabe von 14 Seiten stammen aus einer einzigen Sekundärquelle (ein Artikel einer Wissenschaftszeitschrift; das Ganze erfordert eine Mitgliedschaft). Die NLM-Seite sagt nur "Mai 1943". Den vollen Text des Briefs habe ich nicht erreicht und seinen Inhalt sinngemäß zusammengefasst.
- Averys Alter: Die NLM-Biografie nennt als Geburtsdatum den 21. Oktober 1877 und als Tag des Lebensverlustes den 20. Februar 1955 in Nashville; das entspricht 77. Eine Harvard-Seite schreibt 76. Ich habe mich an die Daten gehalten.
- Ursache des Lebensverlustes: "Ausgedehnter Leberkrebs", festgestellt nach einer Operation während eines Urlaubs auf Deer Isle im Spätsommer 1954 (NLM-Biografie). Eine einzige Quelle.
- Nobelpreis: Der einzige Eintrag, den ich für Avery im Nominierungsarchiv des Nobelpreises fand, stammt von 1938: von G. van der Schueren (Löwen), für "die Rolle der Kohlenhydrate in der bakteriellen Immunität". Die Nominierungsjahre für den DNA-Befund und die Gründe des Komitees konnte ich nicht überprüfen. Die Behauptung, "Mirsky habe es verhindert", beruht auf einer einzigen Sekundärquelle (Petsko); ich habe sie als Deutung weitergegeben, nicht als Tatsache.
- Lasker 1947: Die NLM schreibt, Avery habe 1947 den Lasker-Preis erhalten; eine Harvard-Seite vermerkt, die Begründung habe Studien zur antigenen Struktur der Bakterien gewürdigt, nicht den DNA-Befund. Diese Einzelheit habe ich aus zweiter Hand.
- MacLeods Rolle: Die NLM schreibt, Avery und McCarty hätten MacLeods Aufbereitungstechniken verfeinert und MacLeod sei 1940 an die New York University gewechselt; MacLeods vollen Beitrag als Autor der Arbeit habe ich in diesem Text nicht im Einzelnen ausgeführt.
- Die Arbeiten von 1946 und die Zitate bis 1954: Von der NLM-Seite "Nach der Entdeckung"; die Originalarbeiten habe ich nicht gelesen. "Mehr als 300 Zitate" wird als Lederbergs Sicht berichtet.
- Griffith und das Briefzitat: Griffiths Arbeit von 1928 habe ich nicht selbst gelesen; die Einzelheiten stammen aus der Übersicht von 2024. Die zitierte Zeile im Brief vom 13. Mai (Virus oder Gen) ist ein sekundäres Bruchstück; ich habe sie nicht wörtlich wiedergegeben.
- Außerhalb des Rahmens: Hotchkiss' spätere Arbeiten, der molekulare Mechanismus der Transformation und Averys frühere Polysaccharid-Arbeiten werden später oder gar nicht behandelt; hier nicht überprüft.
Hiroshimas langer Schatten (1945)
Heute haben wir das Molekül der Vererbung in einem bakteriologischen Labor gesehen. Morgen gehen wir in den August 1945: Hiroshima, und wie Strahlung nach Jahren im menschlichen Körper als Krebs sichtbar wird. Die Daten und Zahlen werde ich vor dem Schreiben an Quellen prüfen.
Anmerkung des Autors: Was ich beim Schreiben dieses Textes am meisten vermeiden wollte, war, den Versuch von 1944 mit Gewalt an den Krebs zu binden. In den Quellen gibt es eine solche Verbindung nicht; die Verbindung liegt in dem Molekül, mit dem die Krebsfrage gestellt werden kann. Averys Arbeit und Brief habe ich nicht im Original gelesen; die Darstellung stützt sich auf die historische Übersicht von 2024, die Avery-Archivseiten der NLM und sekundäre Texte.
Quellen und weiterführende Literatur
- Avery OT, MacLeod CM, McCarty M. Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types. J Exp Med 1944;79(2):137-158. doi:10.1084/jem.79.2.137. (Beleg aus der Übersicht von 2024; die Arbeit selbst wurde nicht gelesen.)
- Greenspan NS. Historical Highlight: The Chemical Characterization of the Pneumococcal Transforming Principle. 2024 (PMC10906958).
- U.S. National Library of Medicine, Profiles in Science. The Oswald Avery Papers: Seiten "DNA as the 'Stuff of Genes'", "After the Discovery" und "Biographical Overview" (online).
- Petsko G. Text zum Nobelpreis und Avery; Harvard-Seite "The River Divides into Thousands of Branches" (online, sekundär).
- The Scientist. "The Transforming Principle" (nur der Anfang war lesbar).
- Nobel Prize Nomination Archive. Oswald T. Avery, Physiology or Medicine, Nominierung von 1938 (nobelprize.org).
- Mukherjee S. Der König aller Krankheiten / The Emperor of All Maladies: A Biography of Cancer. New York: Scribner, 2010. (Für diesen Text nicht gesondert überprüft.)
Dieser Text ist Tag 118 der Serie "365 Tage Krebsgeschichte" und erzählt die Geschichte des Nachweises, dass die DNA das Molekül der Vererbung ist. Es ist eine historisch-populäre Darstellung, keine Diagnose- oder Behandlungsempfehlung. Fragen Sie zu Ihrer eigenen Gesundheit Ihre Ärztin oder Ihren Arzt. Die Quellen wurden überprüft; Einzelheiten, die nur auf einer Sekundärquelle beruhen, sind in den Fact-Check-Notizen gekennzeichnet.
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