1871 – Die Entdeckung der Nukleinsäuren durch Friedrich Miescher

Die Französische Revolution begann mit dem Sturm auf die Bastille am 14.07.1789. Die Industrialisierung startete im 18. Jahrhundert in England mit der Erfindung der Dampfmaschine und der Motorflug, wie wir ihn heute kennen, hatte seine Geburt am 17.12.1903 mit dem ersten Flug der Gebrüder Wright. Doch wo liegt der Ursprung der Molekularbiologie? Der Begriff „Molekularbiologie“ wurde erstmals von Warren Weaver, dem damaligen Direktor der Natural Science Section der Rockefeller Foundation, 1938 aufgeführt und wenige Jahre später (1940) von William Astbury geprägt. Alles, was wir sehen, riechen, schmecken und fühlen können besteht im Grunde aus einzelnen Atomen, die sich zu größeren Teilchen, auch Moleküle genannt, verbinden können. Moleküle können aufgrund ihrer strukturellen Eigenschaften in verschiedene Substanzklassen eingeteilt werden. Heutzutage weiß man, dass jede Zelle eines Organismus aus folgenden Substanzklassen besteht: Proteine (Eiweiße), Lipide (Fette), Polysacharide (Zucker) und Nukleinsäuren. Zu letzteren gehört u. a. die DNA (Desoxyribonukleinsäure), welche die Erbinformation eines Organismus speichert.

Entdeckt wurde die Substanzklasse der Nukleinsäuren im Jahre 1869 von Friedrich Miescher. Nach seinem Studium der Medizin in Göttingen und Basel, forschte er in den Laboren des Arztes und Chemikers Felix Hoppe-Seyler im Schloss Hohentübingen, welche der Universität Tübingen zugeordnet waren. Diese Labore lassen sich heute von der Allgemeinheit besichtigen und beinhalten eine Ausstellung der örtlichen Geschichte (https://www.unimuseum.uni-tuebingen.de/de/schloss-hohentuebingen). Miescher arbeitete in diesen Laboren an weißen Blutkörperchen. Jedes Blutkörperchen ist eine eigene Zelle, welche sich in weitere Kompartimente unterteilen lässt. Es gelang ihm, einen dieser Kompartimente, den Zellkern, zu isolieren. Er wollte die chemische Zusammensetzung der isolierten Zellkerne untersuchen und lysierte diese mit Hilfe einer basischen Lösung. Gab er diesem Gemisch eine Säure hinzu, entstand ein weißer und klumpiger Niederschlag. Dieser Niederschlag war reich an den Elementen Stickstoff und Phosphor, eine Eigenschaft, die zuvor noch für keine Substanzklasse in Lebewesen entdeckt wurde. Er gab dieser Substanz den Namen „Nuclein“ (aus dem Lateinischen nucleus „Kern“).

Nach Mieschers Aufenthalt in Tübingen ging er für wenige Jahre an die Universität Leipzig und im Jahre 1872 wieder zurück an die Universität Basel. Dort arbeitete er weiter an der Untersuchung der chemischen Zusammensetzung des Nuclein, welches er diesmal aus Lachssperma gewann, da es besonders viel Nuclein beinhaltet. Es gelang ihm dort das Nuclein verbessert aufzureinigen und die Menge an Verunreinigung zu reduzieren. Von Verunreinigung spricht man, wenn die gewünschte Substanz in einem Gemisch mit anderen Substanzen (z.B. Proteine) vorliegt und nicht rein ist. Ein pH-Test ergab, dass es sich bei dem isolierten Nuclein um eine saure Substanz handelt.

Im Jahre 1889 gelang es dem Pathologen und Histologen Richard Altmann, einem ehemaligen Schüler von Miescher, weiter Proteine aus dem isolierten Nuclein zu entfernen. Der so extrahierten Substanz gab er den Namen „Nukleinsäure“. Wenige Jahre zuvor (1885) war es Albrecht Kossel, einem Physiologen, Mediziner und Biochemiker, gelungen, eine Stickstoffreiche Base (C₅H₅N₅) aus der Rinder-Bauchspeicheldrüse zu isolieren. Abgeleitet vom griechischen Wort „aden“ für Drüse, gab er ihr den Namen Adenin. In den darauffolgenden Jahren lieferte er weitere Erkenntnisse über die Bestandteile der Nukleinsäure. Er fand heraus, dass diese u. a. einen erheblichen Kohlenhydrat-Bestandteil sowie neben Adenin die Basen Guanin (C₅H₅N₅O), Thymin (C₅H₆N₂O₂) und Cytosin(C₄H₅N₃O), welche er Nukleobasen nannte, beinhaltet. Die Struktur der Nukleobasen war jedoch noch unbekannt.

Emil Fischer war es schließlich, der die Struktur von Guanin, Adenin und Thymin aufklären konnte. Zusammen mit Hermann Steudel gelang es Albrecht Kossel, die Struktur des verbliebenen Cytosins zu lösen. Die Nukleobasen Adenin und Guanin bestehen im Wesentlichen aus zwei Ringen. Solche Moleküle werden in der Chemie als Purine bezeichnet, Moleküle aus einfachen Ringen wie Thymin und Cytosin als Pyrimidine.

Einige Jahre später (1910) erhielt Kössel für seine grundlegenden Arbeiten zur Aufklärung der Nukleinsäure den Nobelpreis für Physiologie/Medizin. Darauffolgend erkannte 1944 der Mediziner Oswald Avery, dass die von Friedrich Miescher erstmals isolierte Substanz Träger unserer Erbinformation ist. Die Erkenntnisse bezüglich der Zusammensetzung und der Struktur einzelner Bestandteile führten schließlich dazu, dass die Struktur der DNA im Jahre 1953 aufgeklärt werden konnte. Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage unseres heutigen Verständnisses von der Struktur und Funktion eines der wichtigsten Moleküle des Lebens, die DNA.

Kossel A, Neumann A (1893) Über das Thymin, ein Spaltproduct der Nukleinsäure. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 2753.

Kossel A, Steudel H (1896) Weitere Untersuchungen über das Cytosin. Hoppe-Seyler´s Zeitschrift für physiologische Chemie. 38: 49.

Kossel A (1910) Über die chemische Beschaffenheit des Zellkerns. Münchener Medizinische Wochenschrift. 58: 65.

Kossel A (1891) Über die chemische Zusammensetzung der Zelle. Archiv für Anatomie und Physiologie/Physiologische Abteilung. 178.

Kossel A, Neumann A (1893) Über das Thymin, ein Spaltproduct der Nukleinsäure. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 2753.

Kossel A, Steudel H (1896) Weitere Untersuchungen über das Cytosin. Hoppe-Seyler´s Zeitschrift für physiologische Chemie. 38: 49.

Kossel A (1910) Über die chemische Beschaffenheit des Zellkerns. Münchener Medizinische Wochenschrift. 58: 65.

[/et_pb_text][/et_pb_column][/et_pb_row][/et_pb_section]Altmann R (1889) Über Nucleinsäuren. Archiv für Anatomie und Physiologie. 524-536.

Kossel A (1891) Über die chemische Zusammensetzung der Zelle. Archiv für Anatomie und Physiologie/Physiologische Abteilung. 178.

Kossel A, Neumann A (1893) Über das Thymin, ein Spaltproduct der Nukleinsäure. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 2753.

Kossel A, Steudel H (1896) Weitere Untersuchungen über das Cytosin. Hoppe-Seyler´s Zeitschrift für physiologische Chemie. 38: 49.

Kossel A (1910) Über die chemische Beschaffenheit des Zellkerns. Münchener Medizinische Wochenschrift. 58: 65.

[/et_pb_text][/et_pb_column][/et_pb_row][/et_pb_section]Kossel A (1886) Weitere Beiträge zur Chemie des Zellkerns. Zeitrschrift für phyiologische Chemie. 10: 248.

Altmann R (1889) Über Nucleinsäuren. Archiv für Anatomie und Physiologie. 524-536.

Kossel A (1891) Über die chemische Zusammensetzung der Zelle. Archiv für Anatomie und Physiologie/Physiologische Abteilung. 178.

Kossel A, Neumann A (1893) Über das Thymin, ein Spaltproduct der Nukleinsäure. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 2753.

Kossel A, Steudel H (1896) Weitere Untersuchungen über das Cytosin. Hoppe-Seyler´s Zeitschrift für physiologische Chemie. 38: 49.

Kossel A (1910) Über die chemische Beschaffenheit des Zellkerns. Münchener Medizinische Wochenschrift. 58: 65.

[/et_pb_text][/et_pb_column][/et_pb_row][/et_pb_section]Kossel A (1885) Über eine neue Base aus dem Thierkörper. Vortrag in Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 18: 79.

Kossel A (1886) Weitere Beiträge zur Chemie des Zellkerns. Zeitrschrift für phyiologische Chemie. 10: 248.

Altmann R (1889) Über Nucleinsäuren. Archiv für Anatomie und Physiologie. 524-536.

Kossel A (1891) Über die chemische Zusammensetzung der Zelle. Archiv für Anatomie und Physiologie/Physiologische Abteilung. 178.

Kossel A, Neumann A (1893) Über das Thymin, ein Spaltproduct der Nukleinsäure. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 2753.

Kossel A, Steudel H (1896) Weitere Untersuchungen über das Cytosin. Hoppe-Seyler´s Zeitschrift für physiologische Chemie. 38: 49.

Kossel A (1910) Über die chemische Beschaffenheit des Zellkerns. Münchener Medizinische Wochenschrift. 58: 65.

[/et_pb_text][/et_pb_column][/et_pb_row][/et_pb_section]Miescher F (1871) Über die chemische Zusammensetzung der Eiterzellen. Medicinisch-chemische Untersuchungen. 4: 441-460.

Kossel A (1885) Über eine neue Base aus dem Thierkörper. Vortrag in Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 18: 79.

Kossel A (1886) Weitere Beiträge zur Chemie des Zellkerns. Zeitrschrift für phyiologische Chemie. 10: 248.

Altmann R (1889) Über Nucleinsäuren. Archiv für Anatomie und Physiologie. 524-536.

Kossel A (1891) Über die chemische Zusammensetzung der Zelle. Archiv für Anatomie und Physiologie/Physiologische Abteilung. 178.

Kossel A, Neumann A (1893) Über das Thymin, ein Spaltproduct der Nukleinsäure. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 2753.

Kossel A, Steudel H (1896) Weitere Untersuchungen über das Cytosin. Hoppe-Seyler´s Zeitschrift für physiologische Chemie. 38: 49.

Kossel A (1910) Über die chemische Beschaffenheit des Zellkerns. Münchener Medizinische Wochenschrift. 58: 65.

[/et_pb_text][/et_pb_column][/et_pb_row][/et_pb_section]Literatur

Miescher F (1871) Über die chemische Zusammensetzung der Eiterzellen. Medicinisch-chemische Untersuchungen. 4: 441-460.

Kossel A (1885) Über eine neue Base aus dem Thierkörper. Vortrag in Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 18: 79.

Kossel A (1886) Weitere Beiträge zur Chemie des Zellkerns. Zeitrschrift für phyiologische Chemie. 10: 248.

Altmann R (1889) Über Nucleinsäuren. Archiv für Anatomie und Physiologie. 524-536.

Kossel A (1891) Über die chemische Zusammensetzung der Zelle. Archiv für Anatomie und Physiologie/Physiologische Abteilung. 178.

Kossel A, Neumann A (1893) Über das Thymin, ein Spaltproduct der Nukleinsäure. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 2753.

Kossel A, Steudel H (1896) Weitere Untersuchungen über das Cytosin. Hoppe-Seyler´s Zeitschrift für physiologische Chemie. 38: 49.

Kossel A (1910) Über die chemische Beschaffenheit des Zellkerns. Münchener Medizinische Wochenschrift. 58: 65.

[/et_pb_text][/et_pb_column][/et_pb_row][/et_pb_section]Autor: SV

Literatur