1921, im Jahr der Insulinentdeckung, wurde der US-Chemiker Bruce Merrifield geboren. Seine Erfindung der Festphasen-Peptidsynthese revolutionierte die Peptidchemie, ermöglichte zahlreiche Forschungen überhaupt erst und wurde auch zur Vollsynthese des Insulins angewandt.

Wenn ein wissenschaftliches Journal eine ganze Sonderausgabe mit nicht weniger als 324 Seiten Umfang zu Ehren eines verstorbenen Mitglieds der Fachrichtung herausgibt, muss es sich um einen ganz großen Forscher gehandelt haben. Ausgabe 3 des 90. Bands von Peptide Science war genau das, eine Journal gewordene Hommage an Prof. Bruce Merrifield; der US-amerikanische Chemiker war am 14. Mai 2006 gestorben. Merrifield wurde 1984 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet, als Begründung nannte das Nobelkomitee damals lapidar „die Entwicklung einer Methodologie für chemische Synthesen an einer festen Matrix“.

Die Autoren der Gedenkausgabe von Peptide Science wurden da schon deutlicher: Die nach Merrifield benannte Synthese von Peptiden an einer festen Phase eröffnete ganz neue Möglichkeiten, wissenschaftliche Probleme zu lösen, sie brachte das Fachgebiet der Peptidchemie in Reichweiter anderer wissenschaftlicher Disziplinen und ermöglichte Interaktionen zwischen Peptidchemikern und Wissenschaftlern mit unterschiedlichen Forschungsinteressen, vor allem medizinischen.

Drei Jahre statt drei Monate

Merrifield publizierte 1963 den ersten Proof-of-Concept seiner „Solid Phase Peptide Synthesis“ oder kurz SPPS im Journal of the American Chemical Society, hergestellt wurde ein Peptid aus den vier Aminosäuren Leu-Ala-Gly-Val. Die Idee zu der Synthese-Methode hatte Merrifield bereits 1959. Der Weg von der Idee, ein unlösliches Polymer kovalent als Stütze an die wachsende Peptidkette zu binden, zur praktischen Anwendung war allerdings schwierig: Ursprünglich hatte Merrifield mit drei Monaten für die Suche nach passenden Stützpolymeren und den nötigen chemischen Reaktionen für den Peptidaufbau gerechnet – es sollten dann drei Jahre werden.

„Am Ende der ersten zwei Jahre waren die Ergebnisse so schlecht, dass ich mich frage was mich damals dazu geführt hat zu denken, dass dieser Ansatz jemals Erfolg haben könnte", schreibt Merrifield in seiner Autobiografie. Doch der Ansatz hatte schließlich Erfolg, ein erstes fertiges Syntheseschema war gefunden und das unscheinbare Test-Tetrapeptid konnte werden hergestellt. Es folgten weitere, "richtige" Peptide, das Nonapeptid Bradykinin konnte zum Beispiel mit der Methode in acht Tagen mit einer Ausbeute von 32 Prozent synthetisiert werden, eine spätere verbesserte Synthese erreichte eine Ausbeute von 68 Prozent.

Garland Marshall, ein Doktorand unter Merrifield, nutzte die neue Methode 1965 zur Herstellung des aus acht Aminosäuren bestehenden Hormons Angiotensin II. Marshall veranschaulicht in seinem Beitrag zur Gedenkausgabe den Quantensprung von Merrifields Synthesemethode sehr gut: Heute mag die Synthese derart kleiner Peptide ein peinlich triviales Thema für eine Dissertation erscheinen, doch 1955, nur zehn Jahre vor seiner Doktorarbeit, hatte der US-amerikanische Biochemiker Vincent du Vigneaud für die Synthese von nur zwei Nonapeptiden, Oxytocin und Vasopressin, den Nobelpreis in Chemie erhalten – und brauchte dafür die Hilfe eines großen Teams an Synthesechemikern, so Marshall.

Eine andere Veranschaulichung des Entwicklungsschubs durch Merrifields Methode stammt von John Stewart, einem Forscher aus derselben Arbeitsgruppe um Prof. Wayne Woolley am Rockefeller Institute. Er arbeitete an Bradykinin-Analoga auf der Suche nach einem Antagonisten des vasoaktiven Gewebshormons. Mit der klassischen Peptidchemie in Lösung schaffte er es in einem Jahr, drei Analoga zu synthetisieren. Mit der SPPS-Methode stellte er im nächsten Jahr dann fast 50 Bradykinin-Analoga her.

Beteiligung am Insulinrennen

Merrifield hatte seine Methode just zu dem Zeitpunkt einsatzbereit, als erstmals eine Vollsynthese des Insulins entwickelt wurde. Ein regelrechtes Wettrennen hatte sich um diese Pioniertat entwickelt, neben dem wissenschaftlichen Ruhm versprach eine Lösung dieser Herausforderung auch einen Ausweg aus der Abhängigkeit von tierischen Ressourcen bei der Insulinherstellung.

Drei relativ große Arbeitsgruppen von Peptidchemikern arbeiteten an der Vollsynthese des Insulins mit den klassischen Methoden der Peptidchemie, als erstes durchs Ziel ging 1963 das Team um Helmut Zahn am Deutschen Wollforschungsinstitut an der RWTH Aachen. Bis 1966 vermeldeten auch eine chinesische Gruppe um Y. Wang und eine US-amerikanische Gruppe um Panayotis Katsoyannis Erfolge. Es war vor dem Hintergrund dieses Wettlaufs naheliegend, Insulin auch mit der neuen Methode SPPS zu synthetisieren.

Die Arbeiten an der A- und der B-Kette des Insulins wurden 1965 begonnen, bei der Bildung der Disulfidbrücke zwischen den Ketten bekamen die Forscher Hilfe von Zahns Aachener Arbeitsgruppe. 1966 publizierten Merrifield und Arnold Marglin im Journal American Chemical Society ihre Arbeiten. Experimente in den Jahren 1967 und '68 zeigten zwar, dass auf diese Weise biologisch aktives Insulin hergestellt werden kann, doch praktisch relevant wurde dieser Weg nie. Erst mit gentechnischen Methoden gelang es in den späten 70ern, Humaninsulin auf wirklich praktikablen Weg im industriellen Stil produzierbar zu machen.

Wie bedeutend die Suche nach einer funktionierenden Insulinsynthese war, belegt die Tatsache, dass sogar das Nachrichtenmagazin Der Spiegel Ende September 1966 in einem Artikel über die Anwendung der Merrifield-Synthese bei Insulin berichtete. Auch der Reporter schilderte den dank Merrifield erreichten Meilenstein: "In seinem Labor in der New Yorker Rockefeller-Universität arbeitet eine Apparatur, die den Insulin-Chemikern noch vor einem Jahr als Utopie erschienen wäre: ein chemischer Roboter, der Tag um Tag jeweils vier Aminosäuren zu Insulin-Teilketten kuppelt."

Nobelpreis statt Tankstelle in der Wüste

In Merrifields Nobel-Vorlesung kommt das Insulin nicht vor. Als Paradebeispiel für die Möglichkeiten der SPPS und insbesondere deren Automatisierung beschrieb er die Synthese der aus 124 Aminosäuren bestehenden bovinen pankreatischen Ribonuclease A, die Merrifield 1969 zusammen mit dem deutschen Biochemiker Bernd Gutte gelang. Es war die erste chemische Synthese eines funktionierenden Enzyms. Gutte hatte durchaus eine Verbindung zum Insulin: Sein Doktorvater war Zahn.

Neben seiner wissenschaftlichen Leistung mag auch Merrifields Charakter ein Grund für die vielen Ehrungen anlässlich seines Todes gewesen sein. Kollegen beschreiben ihn als Antithese des diktatorischen, fordernden Laborleiters. Merrifield sei ein perfektes Beispiel dafür, dass gute Menschen tatsächlich auch als Sieger vom Platz gehen können.

Gutte erinnerte sich in seinem Nachruf in der Angewandten Chemie mit Freude an die sommerlichen Grillfeste mit obligatorischen Volleyballspielen im Haus der Merrifields in New Jersey. Bei Kollegen bekannt war auch sein oft nach missglückten Experimenten kundgetaner Plan B, die Forscherkarriere an den Nagel zu hängen und eine Tankstelle in der Wüste Arizonas aufzumachen. Es ist zum Glück nie dazu gekommen...

Serie „100 Jahre Insulin“ – die bislang erschienenen Beiträge:


Autor: Marcus Sefrin
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Erschienen in: DiabetesNews, 2021; 20 (5) Seite 20