Chemie-Nobelpreis für die "Click-Chemie"
Ob Arzneimittel, Kunststoffe oder andere komplexe Moleküle: Viele dafür nötige chemische Verbindungen werden heute durch modulare Synthesemethoden hergestellt. Den Nobelpreis für Chemie 2022 erhalten drei Wissenschaftler, die diese sogenannte "Click-Chemie" erdacht und vorangebracht haben – eine modulare Synthese, bei der standardisierte Reaktionen aus einfachen Ausgangsstoffen fast jedes organische Molekül erzeugen können.
Der US-Chemiker Barry Sharpless entwickelte im Jahr 2001 die Grundlagen der Click-Chemie. Die Idee dahinter: Ähnliche wie beim Möbelhersteller Ikea einfache, standardisierte Bauteile ohne komplizierts Werkzeug zu verschiedenen Regalen oder Schränken zusammengebaut werden können, können auch organische Moleküle zusammengefügt werden. Sharpless und sein Team definierten die Kriterien für diese modularen Synthese und schlugen erste Reaktionen vor, die als Werkzeuge für die Click-Chemie in Frage kämen.
Der dänische Chemiker Morten Meldal entwickelte die heute wichtigste Reaktion für diese Click-Chemie. Bei dieser kupferkatalysierten Azid-Alkin-Cycloaddition arbeiten die Azin- und Alkingruppe wie die beiden Gegenstücke in einem Klickverschluss und verbinden sich miteinander. Indem man sie an beliebige organische Moleküle anhängt, kann man so immer komplexere Konstrukte "zusammenklicken".
Die US-Chemikerin Carolyn Bertozzi, hat diese Basisreaktion der Click-Chemie so weiterentwickelt, dass sie auch in lebenden Zellen eingesetzt werden kann – beispielsweise um fluoreszierende Markerproteine an zelleigene Substanzen anzuhängen. Die Chemikerin prägte für diese in Zellen anwendbare Click-Chemie den Begriff bioorthogonale Reaktionen.
Physik-Nobelpreis für Erforscher der Quantenverschränkung
Den Physik-Nobelpreises 2022 erhalten drei Forscher, die die experimentelle Grundlage für die praktische Nutzung von Quantentechnologien wie dem Quantencomputer und der Quantenkommunikation gelegt haben. Die Basis dieser Technologien bilden quantenphysikalische Phänomene wie die Überlagerung und Verschränkung. Letztes beschreibt eine Art Kopplung zwischen den Zuständen zweier Teilchen, die ihr Verhalten selbst über große Entfernungen hinweg bestimmt.
Misst man dann den Zustand eines der beiden verschränkten Teilchen, legt man automatisch auch den Zustand des anderen fest. Doch was bestimmt, welchen der möglichen Zustände die Teilchen annehmen? Tragen sie eine verborgene Information in sich oder ist es wirklich eine "spukhafte Fernwirkung, wie Einstein es ausdrückte, durch die das Messen des einen den Zustand des anderen bestimmt?
Der US-Physiker John Clauser hat als erster ein Experiment entwickelt, mit dem die Natur der Quantenverschränkung nachgewiesen werden konnte. Dafür erzeugte der Forscher Paare von Photonen, die über ihre Polarisation miteinander verschränkt waren. Indem Clauser diese Photonen durch verschiedene Polarisationsfilter schickte, konnte er ermitteln, wie oft welche Kombination auftrat. Das wiederum verriet, dass verschränkte Photonen keine verborgene Vorinformation in sich, sondern tatsächlich durch ihre Kopplung miteinander interagieren. Der zweite Preisträger, der französische Physiker Alain Aspect, hat das von Clausen entwickelte Experiment weiterentwickelt. Er schaffte es, die verschränkten Photonen durch zwei verschiedene Polarisierer zu leiten, was die Messmöglichkeiten verbesserte und den Test effizienter machte.
Der dritte Preisträger, Anton Zeilinger von der Universität Wien, hat ein grundlegendes, eng mit der Verschränkung zusammenhängendes Problem der Quantenkommunikation gelöst: Er fand heraus, dass ein verschränktes Photonenpaar seine Verschränkung auf ein anderes Paar übertagen kann. Dadurch wird es möglich, ein Quantensignal aus verschränkten Photonen selbst über lange Strecken hinweg in Glasfaserkabeln zu übertragen. Indem die Verschränkung unterwegs durch Quantenverstärker immer wieder auf neue Photonenpaare übertragen wird, lässt sich die Reichweite erhöhen.
Medizin-Nobelpreis für Pionier der Paläogenetik
Den Nobelpreis für Medizin 2022 erhält Svante Pääbo vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig für seine Leistungen als Pionier und Begründer der Paläogenetik. Ihm und seinem Team gelang es als erstem, das Erbgut ausgestorbener Menschenarten zu isolieren und zu entschlüsseln – etwas, das lange als unmöglich galt. Denn nach Jahrtausenden im Boden ist die DNA in den Knochen und Zähnen alter Gebeine in kurze Bruchstücke zerfallen und durch das Erbgut von Mikroben kontaminiert. Doch Pääbo und seinem Team gelang es, mithilfe neuer Extraktionsmethoden und komplexen Computerprogrammen, selbst die stark degradierte DNA von Frühmenschen wie dem Neandertaler zu isolieren und ihren Code zu sequenzieren.
2010 gelang dies erstmals für einen Teil des Neandertaler-Erbguts, 2014 dann für das fast vollständige Genom. Dies lieferte wertvolle Erkenntnisse über diese Frühmenschen und ihre Verwandtschaftsbeziehungen zu uns. Erst durch diese Entschlüsselung des Neandertaler-Genoms wissen wir, dass dieser Frühmensch nicht unser direkter Vorfahre war, aber dass er sich mehrfach mit unseren Vorfahren gekreuzt haben muss. Dadurch tragen Menschen in Europa und Asien noch immer einige Prozent Neandertaler-DNA in ihrem Erbgut. Diese Gene sind teilweise noch aktiv und beeinflussen unser Immunsystem, unsere Haut- und Augenfarbe und unseren Fettabbau.
2012 haben Pääbo und seine Kollegen auch das Erbgut der Denisova-Menschen entschlüsselt, einer Schwestergruppe der Neandertaler, die sich den Genvergleichen zufolge bereits vor rund 800.000 Jahren von der Stammeslinie des Neandertalers und modernen Menschen abgespaltet haben müssen. Die Analysen des Denisova-Erbguts enthüllten auch, dass die heutigen Einwohner von Papua-Neuguinea, die Aborigines Australiens und andere Gruppen in Ozeanien bis zu fünf Prozent Denisova-Erbgut in sich tragen.
Dem Medizin-Nobelpreisträger Svante Pääbo verdanken wir damit ganz neue Einsichten in unseren Stammbaum und die Beziehungen unserer Vorfahren zu ihren Zeitgenossen. „Seine Arbeiten haben unser Verständnis der Evolutionsgeschichte der modernen Menschen revolutioniert“, sagt Martin Stratmann, Präsident der Max-Planck-Gesellschaft.
