Entdeckerin der „springenden Gene“

Barbara McClintock (1902–1992) - „Ein Gespür für das Leben“

1933 ging sie ohne genaue Kenntnis der politischen Verhältnisse mit einem Stipendium nach Deutschland. Curt Stern, mit dem sie zusammenarbeiten sollte, war bereits emigriert. Durch die Ereignisse „zu Tode geängstigt“, kehrte sie früher als geplant in die USA zurück. Nach einer Anstellung an der University of Missouri ging McClintock 1941 nach Cold Spring Harbor, wo sie bis zu ihrem Lebensende blieb.

Das „zentrale Dogma“ (Francis Crick 1957) der Molekularbiologie besagt, dass die Übersetzung des genetischen Codes nur in einer Richtung verlaufen kann – von einer Nukleinsäure zur anderen Nukleinsäure oder von einer Nukleinsäure ins Protein, aber nicht von Protein zu Protein oder von einem Protein auf eine Nukleinsäure. Damit bliebe die Erbsubstanz von Ereignissen außerhalb des Genoms unberührt, Jean-Baptiste de Lamarcks Theorie von der Vererbbarkeit erworbener Eigenschaften an die folgende Generation wäre unhaltbar.

Pigmentstreifen oder -flecken, die eine genetische Instabilität widerspiegeln, waren bereits bei anderen Organismen als veränderliche Gene, Buntscheckigkeit oder Mosaik beschrieben worden. McClintock beobachtete nun beim Mais Farbvarianten, etwa weiß, hellgrün und fahlgelb, also „Mutationen“, die innerhalb des Lebenszyklus einer einzelnen Pflanze instabil sind. Dabei bemerkte sie, dass jeder Keimling eine charakteristische Mutationsrate aufwies, die die Pflanze ihr ganzes Leben beibehält. Zwei Jahre später hatte sie eine Ahnung von der Transposition: „Es gab eine Komponente, die direkt neben einem Gen lag. Diese hatte, indem sie dissoziierte, auf ein Signal geantwortet, das wiederum von einem weiteren Element ausgesandt wurde.“ Dieses erste System in einer Reihe weiterer, von ihr entdeckter Kontrollmechanismen nannte sie das Ds-Ac-System (= Dissoziations-Locus-Aktivator-Locus). Dabei steht die Dissoziation, das heißt der Chromosomenbruch, unter der Kontrolle des Aktivator-Locus, der wiederum sich selbst kontrolliert. Weitere Untersuchungen ergaben einen Zusammenhang zwischen der Ac-Konzentration und der Mutationsrate: Je höher die Ac-Konzentration, desto geringer die Mutationsrate. McClintock sprach von „Zustands- oder Konformationsänderung“.

Im Herbst 1950 veröffentlichte sie eine kurze Mitteilung über die Transposition von Ds und Ac. Transposition bezeichnet einen Vorgang, bei dem ein Stück DNA (Transposon) an einer anderen Stelle desselben oder eines anderen DNA-Moleküls eingesetzt wird. Im Sommer 1951 stellte sie ihre Ergebnisse bei einem Symposium vor. Zu dieser Zeit war McClintock eine Autorität auf ihrem Gebiet, doch die Kollegen verstanden nicht, was sie sagen wollte. Zwei Jahre später publizierte sie einen ausführlichen Bericht in der Zeitschrift „Genetics“: „Induction of Instability of Selected Loci in Maize“. 1956 trug sie ihre Resultate erneut öffentlich vor und stieß auf ähnliche Ablehnung wie fünf Jahre zuvor. Warum das? Ihre Ergebnisse widersprachen der vorherrschenden Sicht der Genetiker. Denn wie soll man den Begriff des Gens als unveränderliche Struktur der Vererbung beibehalten, wenn Teile von Genen durch bestimmte Steuerungs- und Kontrollmechanismen ihre Struktur verändern?

Die klassische Genetik lehrte, dass Gene auf Chromosomen aufgereiht sind wie Perlen auf einer Schnur. Dieses „Perlschnurmodell“ kam in den 1950er-Jahren zunehmend ins Wanken. Nach den Experimenten von Oswald Avery, Colin MacLeod und Maclyn McCarthy lag nahe, dass die DNA und nicht Proteine, wie vorher angenommen, Träger der Erbinformation ist. 1953 fanden Francis Crick und James Watson die Doppelhelixstruktur der DNA – eine der bedeutenden Revolutionen der Wissenschaftsgeschichte. Doch auch mit der Entdeckung des genetischen Codes, das heißt der Verschlüsselung der Erbinformation durch eine bestimmte Sequenz von Nukleotidbasen, konnte man nicht erklären, warum das „Genprodukt“ je nach Position des Gens unterschiedlich ausfallen kann. McClintocks Arbeit über die Transposition postulierte dagegen räumlich unabhängige Effekte, weil Bestandteile von Genen nicht nur ihre Lage verändern, sondern in jeder neuen Position auch neue Funktionen ausführen.

1960 beschrieben Jaques Monod und François Jacob ihr Modell des „Operons“. Demnach wird die Proteinsynthese nicht nur durch das Strukturgen, welches das Protein kodiert, sondern durch zwei weitere Gene reguliert, die sie Operatorgen und Regulatorgen nannten. McClintock war begeistert – dieses Modell war ihren Annahmen sehr ähnlich. Doch ihre Kontrollelemente beim Mais fanden nach wie vor kein Gehör. Weitere Jahre vergingen, in denen sich immer mehr Hinweise auf genetische Mobilität ergaben. Forscher wie Peter Starlinger und Heinz Saedler stellten Zusammenhänge zwischen den neuen Erkenntnissen und McClintocks Arbeit her. 1980 zog McClintock dieses Fazit: „Unzweifelhaft ist das Genom einiger, wenn nicht sogar aller Organismen ziemlich instabil und kann sich innerhalb kürzester Zeit drastisch verändern. Das führt möglicherweise zu neuen Genomstrukturen wie auch zu modifizierten Kontrollen darüber, wann und wie das Gen exprimiert werden soll (. . .).“ Genetische Information ist einerseits stabil; doch zugleich handelt es sich dabei um ein vielschichtiges System mit komplexen Rückkopplungsmechanismen.

Dabei war McClintock davon überzeugt, dass die Vernunft nicht ausreicht, um die Vielfalt des Lebens angemessen zu beschreiben. Das naturwissenschaftliche Wissen ähnelt ihr zufolge „einem Kinderspiel. Man bekommt unzählige Korrelationen, die uns jedoch der Wahrheit kein bisschen näherbringen (. . .). Die Wirklichkeit ist viel, viel wunderbarer, als die Naturwissenschaft und ihre Methoden uns tatsächlich wahrnehmen lassen.“

Am 2. September 1992 starb Barbara McClintock an einer Grippe. Bis kurz vor ihrem Tod arbeitete sie an sieben Tagen der Woche im Labor. In der Pressekonferenz zum Nobelpreis sagte sie: „Ich habe ein sehr, sehr befriedigendes und interessantes Leben gehabt. Ich konnte es am Morgen nicht abwarten, ins Labor zu gehen, und ich hasste es, einfach zu schlafen.“

 

Literatur

Fox Keller E: Barbara McClintock. Die Entdeckerin der springenden Gene. Basel: Birkhäuser. Verlag 1995.

 

Entnommen aus MTA Dialog 12/2018