Das Virus, das rückwärts schreibt: Temin, Baltimore und die reverse Transkriptase, 1970
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Das Virus, das rückwärts schreibt: Temin, Baltimore und die reverse Transkriptase, 1970
Gestern gingen wir von einer Familie zu einem Gen (Tag 148): Information wanderte vom Stammbaum zur DNA. Heute läuft sie in die Gegenrichtung. Kann ein Virus, das in einer Zelle lebt, aus seiner eigenen RNA DNA schreiben? Jahrzehntelang war das eine Idee, die von einem Tagungssaal zum nächsten getragen und oft mit einem Lächeln aufgenommen wurde. Im Sommer 1970 brachten zwei Labore, wenige Wochen auseinander, eine Antwort, die auf dieselben Seiten passte.
Vom Hühnersarkom zu einer Hypothese
Das erste Glied dieser Geschichte trafen wir an Tag 97: das Sarkom, das Peyton Rous 1911 bei Hühnern fand und das sich sogar durch ein Filtrat übertrug. Dieses Virus, das Rous-Sarkom-Virus (RSV), wurde ein halbes Jahrhundert später das Doktorandenthema von Howard Temin. Nach dem Nachruf der National Academy of Sciences war Temin 1957 Doktorand von Renato Dulbecco am Caltech, und die Arbeit, die er 1958-59 mit Harry Rubin, einem Postdoc in Dulbeccos Labor, leistete, führte ihn zu der Annahme, RSV müsse sein Genom in die Wirtszelle einbauen, bevor es Virus produziert. Diese „Provirus“-Hypothese leitete Temins Forschung etwa elf Jahre.
Die Idee wurde nicht bereitwillig angenommen. Nach dem Nachruf ließen sich Virologen von Temins genetischen und biochemischen Belegen zunächst nicht überzeugen. In Temins eigenem Citation-Classic-Kommentar wird der Vorschlag, RNA-Tumorviren vermehrten sich über ein DNA-Zwischenstück (1963-64), als im Konflikt mit dem zentralen Dogma stehend beschrieben und als erst nach den Arbeiten von 1970 allgemein akzeptiert. Nach der Darstellung der Lasker Foundation wurde er auf Tagungen offen ausgelacht. Dieser letzte Punkt stammt aus einer einzigen Quelle; ich gebe nur seine Stimmung wieder.
Ein Vortrag in Houston, zwei Arbeiten in Nature
Die Darstellung der Lasker Foundation verlegt die Szene auf den Zehnten Internationalen Krebskongress in Houston: Sein früherer Kollege Harry Rubin hatte gegen die Provirus-Hypothese gesprochen; dann berichtete Temin, RSV-Partikel trügen ein Enzym, das aus RNA DNA herstellt. Ein Tagungsbericht in der Nature-Ausgabe vom 27. Juni 1970 schreibt ebenfalls, Temin habe in Houston vorgeschlagen, RNA könne als Matrize für die DNA-Synthese dienen.
Temins Postdoc Satoshi Mizutani war sein Partner bei dieser Arbeit. Nach der Lasker-Darstellung bildete sich DNA, wenn mit Detergens behandelten Viruspartikeln fertige Bausteine zugegeben wurden, und ein RNA-zerstörendes Enzym unterband das; die Matrize war also RNA. Am MIT fand David Baltimore, in den Worten der Lasker-Darstellung ein paar Wochen später, dieselbe Aktivität in einem anderen RNA-Virus. Manche Quellen nennen dieses Virus ein Maus-Leukämievirus; den Text von Baltimores Arbeit konnte ich nicht lesen, und ihre Zusammenfassung sagt nur „RNA-Tumorviren“.
Die beiden Arbeiten erschienen im selben Heft. Baltimores Arbeit mit dem Titel „Viral RNA-dependent DNA polymerase“ wurde in Band 226 von Nature, datiert 27. Juni 1970, veröffentlicht (S. 1209-1211); nach der Seite der Zeitschrift war sie am 2. Juni 1970 eingegangen. Die Arbeit von Temin und Mizutani, „RNA-dependent DNA polymerase in virions of Rous sarcoma virus“, folgte unmittelbar (S. 1211-1213); nach dem Nachruf wurde sie am 15. Juni 1970 bei der Zeitschrift eingereicht. Schon Baltimores Zusammenfassung sagt, „zwei unabhängige Gruppen“ hätten Belege für dieses Enzym gefunden.
Reverse Transkriptase, Retrovirus, Provirus
Die reverse Transkriptase ist ein Enzym, das aus einer RNA-Matrize DNA synthetisiert. Die RNA-Viren, die ein solches Enzym tragen, bildeten die später Retroviren (Retroviridae) genannte Familie. Ein in die Zelle eintretendes Retrovirus stellt mit dem Enzym eine DNA-Kopie seines RNA-Genoms her; baut sich diese Kopie in das Wirtsgenom ein, wird sie zum „Provirus“. Genau das schlug Temin 1959-64 vor; was 1970 brachte, war, dass der Vorschlag mit einem funktionierenden Enzym beweisbar wurde.
Dazu kommt die Dogma-Frage. Das „zentrale Dogma“ wird oft hart gelesen, als fließe Information nur von DNA zu RNA und zum Protein. Cricks Aussage von 1958 besagte nur, dass Information, sobald sie in Protein übergegangen ist, nicht wieder herauskann; zum Transfer von RNA zu DNA hatte er sich entschieden, „diskret zu schweigen“. In seinem Artikel in Nature am 8. August 1970 (Band 227, S. 561-563) stellte Crick diesen Transfer unter die „speziellen Transfers“: einen, der in den meisten Zellen nicht vorkommt, aber unter besonderen Umständen vorkommen kann. Die reverse Transkriptase stürzte das Dogma also nicht; sie korrigierte die populäre, verhärtete Lesart. Das ist ein stilles Beispiel für das Motiv „die Wissenschaft korrigiert sich selbst“: Korrigiert wurde kein Experiment, sondern eine Deutung.
Ein Enzym, eine Familie, ein Preis
Nach Temins eigener Darstellung führten die Arbeiten zum Begriff „Retrovirus“, zu einem theoretischen Rahmen für die Virusforschung und zu einem Standardreagenz der Molekularbiologie. Temin erhielt 1974 den Albert Lasker Basic Medical Research Award. Der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 1975, „für ihre Entdeckungen zur Wechselwirkung zwischen Tumorviren und dem genetischen Material der Zelle“, wurde zu gleichen Teilen auf David Baltimore, Renato Dulbecco und Howard Martin Temin aufgeteilt. Dulbecco war Temins Doktorvater am Caltech gewesen; Baltimore hatte 1965-68 am Salk Institute in Verbindung mit ihm gearbeitet.
Die reverse Transkriptase kam später auf zwei Wegen im Alltag an. Anfang der 1980er Jahre wurden HTLV-I und HTLV-II entdeckt und mit Leukämie in Verbindung gebracht; 1983 wurde HIV isoliert. Nach der Zusammenfassung von Britannica waren Hemmstoffe der reversen Transkriptase die ersten HIV-Therapien: Nukleosidhemmer wie AZT beenden die wachsende DNA-Kette, nicht-nukleosidische wie Efavirenz binden das Enzym und verändern seine Form. Im Labor dient das Enzym dazu, aus RNA komplementäre DNA (cDNA) herzustellen; diese cDNA lässt sich mit PCR vervielfältigen, und die RT-PCR wird zur quantitativen Messung von Boten-RNA verwendet.
Preis und Grenzen
Die erste Grenze ist, was der Befund von 1970 nicht zeigte. Die beiden Arbeiten betrafen ein Hühnervirus und (je nach Quelle) ein Mausvirus; sie bewiesen keine Rolle eines Retrovirus bei menschlichem Krebs. Wie an Tag 97 ist Gleichgewicht nötig: Die meisten menschlichen Krebserkrankungen werden nicht von Retroviren verursacht. Menschliche Retroviren wurden erst in den 1980er Jahren erkannt; manche wurden mit Krebs verbunden (die HTLV), eines mit Immunschwäche (HIV).
Die zweite Grenze betrifft die Gerechtigkeit. Mizutani war zweiter Autor der Arbeit, in der die reverse Transkriptase zusammen mit Temin berichtet wurde, und gehörte nicht zu den Geehrten. Da ein Nobelpreis auf höchstens drei Personen verteilt werden kann, fiel die Wahl auf drei Namen; eine Erklärung, warum Mizutani nicht dabei war, habe ich nicht gelesen. Das ist eine weitere Spielart des Serienmotivs „Nobel-Ungerechtigkeit“ (Yamagiwa, Fibiger): Hier geht es nicht darum, dass der Preis nicht vergeben wurde, sondern darum, wessen Name erinnert wird.
Die dritte ist eine Ironie in Temins eigenem Leben. Nach der Linda Hall Library war Temin lebenslang Nichtraucher und trat gegen das Rauchen ein; in seiner Nobelrede nannte er das Rauchen die „größte einzelne Ursache vermeidbaren Krebses“. Nach dem Nachruf der National Academy of Sciences sprach er bei der Nobelfeier gegen das Rauchen. Am 9. Februar 1994 verlor er mit 59 Jahren sein Leben; die Linda Hall Library nennt Lungenkrebs als Ursache, der Nachruf sagt nur „Krebs“. Das ist ein bitteres Echo der Rauchergeschichte, die wir an Tag 125 (Doll, Hill) und Tag 139 (der Surgeon-General-Bericht von 1964) verfolgt haben; nichts weiter als die nebeneinandergelegten Quellen.
Was blieb
- Dass Information von RNA zu DNA fließen kann
- Die Familie der Retroviren und der Begriff des Provirus
- Das Enzym als grundlegendes Laborwerkzeug für cDNA und RT-PCR
- Das Enzym als Ziel der HIV-Therapie
Was fiel oder schwächer wurde
- Die harte Lesart des zentralen Dogmas als „es gibt keinen Weg von RNA zu DNA“
- Der allgemeine Zweifel an der Provirus-Hypothese
- Die Abkürzung „Information fließt nur in eine Richtung“
Von der Provirus-Idee zum Sommer 1970 und darüber hinaus: 1959-1994. Die Achse reicht von 1955 bis 1995. Grüne Markierungen sind Daten, in denen mehrere Quellen übereinstimmen; bernsteinfarbene zeigen Daten, in denen die Quellen sich widersprechen (das Datum der Provirus-Hypothese: 1959 oder 1963-64); blaue zeigen Daten, die auf einer einzigen Quelle beruhen. Nur mit Jahr bekannte Daten stehen in der Jahresmitte. Die vier Markierungen im Sommer 1970 liegen, nur wenige Wochen auseinander, sehr dicht beieinander; die Zeilen wurden deshalb getrennt gehalten.
Reverse Transkription bei der Verlaufskontrolle einer Leukämie
Ein heutiger Schritt der reversen Transkription lässt sich auch aus der Türkei zeigen. Sercan und Kollegen aus der Abteilung für Medizinische Biologie und Genetik der Medizinischen Fakultät der Dokuz-Eylül-Universität beschrieben in einer im Dezember 2012 veröffentlichten Studie (Turkish Journal of Hematology; DOI 10.5152/tjh.2011.76) eine kostengünstige hausinterne Methode zur Überwachung von BCR-ABL-Transkripten bei chronischer myeloischer Leukämie. Nach der Zusammenfassung konnten in der Türkei nur wenige Zentren ein verlässliches RQ-PCR-BCR-ABL-Ergebnis liefern; die Methode konnte eine BCR-ABL-positive Zelle unter 10 hoch 5 Zellen nachweisen. Nach dem Text wurde aus Gesamt-RNA mit Zufallsprimern cDNA synthetisiert und die quantitative PCR an dieser cDNA durchgeführt; der Schritt ist also eine reverse Transkription. Das Enzym wird im Artikel nicht ausdrücklich genannt. BCR-ABL ist das Produkt der Fusion, die wir an Tag 137 beim Philadelphia-Chromosom sahen; diese Studie ist ein Versuch, die Überwachung dieser Fusion in der Türkei mit einer hausinternen Methode zu verbilligen. Es ist eine einzelne Studie; sie repräsentiert nicht die allgemeine Praxis in der Türkei.
Von 1911 bis heute
Was geprüft wurde und was unsicher bleibt
- Datum der Provirus-Hypothese: Der Nachruf der National Academy of Sciences schreibt, die Arbeit mit Rubin 1958-59 habe Temin zu der Annahme geführt, RSV baue sein Genom in den Wirt ein; eine andere biografische Zusammenfassung sagt 1959 (eine Seite, gelesen unter der Adresse der Temin-Biografie der Nobel-Website). Temins eigener Citation-Classic-Kommentar nennt 1963-64, der Artikel der Linda Hall Library 1964. Das ist ein Widerspruch; wahrscheinlich eine Unterscheidung zwischen „erster Idee“ und „DNA-Provirus“-Vorschlag, doch die Quellen sagen es nicht ausdrücklich. In der Abbildung bernsteinfarben markiert.
- Nature-Daten: Das Veröffentlichungsdatum 27. Juni 1970, Band 226: Die Seite von Baltimores Arbeit, der Nachruf, die Lasker-Darstellung und der Tagungsbericht im selben Heft stimmen überein. Die „Eingangs“-Daten stammen aus Einzelquellen: für Baltimore der 2. Juni (Seite der Zeitschrift), für Temin und Mizutani der 15. Juni (Nachruf). Die eigene Seite der Zeitschrift für die Arbeit von Temin und Mizutani konnte ich nicht erreichen.
- Wer war zuerst? Britannica schreibt, die beiden Meldungen seien unabhängig gewesen, ohne Reihenfolge. Nach der Lasker-Darstellung kam Baltimores Ergebnis „ein paar Wochen“ nach Temins Meldung in Houston; die Eingangsdaten bei der Zeitschrift sprechen für Baltimore (2. Juni, 15. Juni). Es hängt davon ab, ob der Maßstab der Kongressvortrag oder die Einreichung bei der Zeitschrift ist. Das genaue Datum von Houston habe ich nicht verifiziert.
- Baltimores Virus: Eine Geschichtsbibliografie und der Nachruf sprechen von Mausviren; die Nature-Zusammenfassung sagt nur „RNA-Tumorviren“; den Text der Arbeit habe ich nicht gelesen.
- Mizutani: Dass er Postdoc war, und die Versuchsdetails (Detergens, RNase) stammen aus der Lasker-Darstellung. Eine Erklärung, warum er beim Nobelpreis fehlte, habe ich nicht gelesen; die Regel „höchstens drei Personen“ ist Allgemeinwissen.
- Spiegelman: Der Tagungsbericht im selben Nature-Heft schreibt, Spiegelman habe berichtet, das Produkt von Polymerasereaktionen in Tumorvirus-Präparaten sei DNA. Die Einzelheiten seines Beitrags habe ich nicht geprüft; er kommt in diesem Beitrag nicht vor.
- Crick: Die Formulierung von 1958 und der Artikel von 1970 (8. August 1970, Nature 227:561-563) wurden aus dem Artikel selbst gelesen; das Wort „reverse Transkriptase“ kommt in diesem Artikel nicht vor.
- Nobelpreis: Begründung und die drei Preisträger von der Nobel-Website; „Doktorvater“ und „in Verbindung gearbeitet“ aus der Linda Hall Library (für Temin) und Baltimores Nobel-Biografie (Salk, 1965-68).
- Temins Lebensende: 9. Februar 1994, 59 Jahre alt (Nachruf, Linda Hall). Die Ursache Lungenkrebs stammt von Linda Hall; der Nachruf sagt nur „Krebs“. Dass er nie rauchte, stammt aus einer einzigen Quelle.
- Die Rauchen-Rede: Linda Hall sagt „Nobelrede“, der Nachruf „Feier/Bankett“; im Text habe ich mich auf „Nobelfeier“ beschränkt.
- Die türkische Studie: Autorenliste, Institution und DOI stammen aus der Quelle; Zeitschriftenname und das Datum Dezember 2012 aus dem DOAJ-Eintrag. Band und Seiten habe ich nicht verifiziert. Der Artikel erwähnt die Wörter „reverse Transkriptase“ nicht.
- Das gestrige Kästchen: Die im „Morgen“-Kästchen von Tag 148 versprochenen Nature-Angaben und das Datum, Temins Provirus-Hypothese und der Nobelpreis 1975 wurden behandelt; Rous (Tag 97) kehrte zurück.
Ein Gesetz, ein Name: der „War on Cancer“, 1971
Heute änderte ein Enzym seine Richtung. Morgen ändert sich die Sprache einer Nation: Der National Cancer Act, den Präsident Nixon 1971 unterzeichnete, wird noch immer als „War on Cancer“ erinnert. Ich werde den Umfang des Gesetzes, das Unterzeichnungsdatum und die Rolle von Mary Lasker verifizieren und diesen historischen Namen in Anführungszeichen in kritischem Zusammenhang behandeln.
Anmerkung des Autors: In diesem Beitrag habe ich vor allem versucht, zwei Dinge auseinanderzuhalten: wer zuerst veröffentlichte und wer zuerst bekanntgab. Die Quellen legen die beiden nicht auf dieselbe Waage, und ich tat es auch nicht. Was mir an Temins Geschichte gefällt, ist weniger, dass aus einer Hypothese durch ein Enzym ein Beweis wurde, als wie diese Hypothese getragen werden konnte, selbst wenn man darüber lachte; da die Einzelheiten dieses Lachens aber aus einer einzigen Quelle stammen, habe ich nur ihre Stimmung wiedergegeben.
Quellen und weiterführende Literatur
- Temin HM, Mizutani S. RNA-dependent DNA polymerase in virions of Rous sarcoma virus. Nature 1970;226(5252):1211-1213 (Angaben verifiziert; Text nicht gelesen).
- Baltimore D. Viral RNA-dependent DNA polymerase: RNA-dependent DNA polymerase in virions of RNA tumour viruses. Nature 1970;226(5252):1209-1211. doi:10.1038/2261209a0 (nur die Zusammenfassung gelesen).
- Temin HM. Citation Classic commentary on "RNA-dependent DNA polymerase in virions of Rous sarcoma virus." Current Contents 1977;(47), 21. November. garfield.library.upenn.edu (mit Zusammenfassungswerkzeug gelesen).
- National Academy of Sciences. Biographical Memoirs, Band 79 (2001): Howard M. Temin. nationalacademies.org (mit Zusammenfassungswerkzeug gelesen; Autorenname nicht verifiziert).
- Lasker Foundation. The backward enzyme. laskerfoundation.org (mit Zusammenfassungswerkzeug gelesen).
- Crick F. Central dogma of molecular biology. Nature 1970;227(5258):561-563 (mit Zusammenfassungswerkzeug gelesen).
- Our Virology Correspondent. Animal viruses: cells modified. Nature 1970;226:1201 (mit Zusammenfassungswerkzeug gelesen; Tagungsbericht).
- Nobel Prize. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1975: summary; Howard M. Temin and David Baltimore, biographical. nobelprize.org (mit Zusammenfassungswerkzeug gelesen).
- Britannica. Reverse transcriptase: discovery and impacts. britannica.com (mit Zusammenfassungswerkzeug gelesen).
- Linda Hall Library. Scientist of the Day: Howard Temin. lindahall.org (mit Zusammenfassungswerkzeug gelesen).
- Sercan HÖ, Öztürk I, Çalışkan C, Pehlivan M, Sercan Z. An in-house method for molecular monitoring of BCR-ABL. Turk J Hematol 2012. doi:10.5152/tjh.2011.76 (mit Zusammenfassungswerkzeug gelesen; Band und Seiten nicht verifiziert).
- Mukherjee S. The Emperor of All Maladies: A Biography of Cancer. New York: Scribner; 2010 (allgemeiner Kontext; der betreffende Teil wurde für diesen Beitrag nicht neu gelesen).
Dieser Beitrag ist Tag 149 der Serie „365 Tage Krebsgeschichte“ und stellt die Entdeckung der reversen Transkriptase als historische Lektüre dar. Es handelt sich um historisch-populären Inhalt, nicht um Diagnose oder Behandlungsempfehlung. Über Behandlungsentscheidungen sprechen Sie bitte mit Ihrer Ärztin oder Ihrem Arzt. Die Quellen wurden geprüft; Angaben, die auf nur einer Sekundärquelle, nur auf einer Zusammenfassung oder auf einem nicht lesbaren Text beruhen, sind in den Faktencheck-Notizen gekennzeichnet.
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