Gertrude B. Elion (1918–1999) war eine US-amerikanische Biochemikerin und Pharmakologin, die durch die Entwicklung des rationalen Wirkstoffdesigns die moderne Arzneimitteltherapie begründete. Ihre Entdeckungen von Nukleinsäure-Antagonisten wie Mercaptopurin, Azathioprin und Aciclovir führten zu Fortschritten in der Onkologie, Immunologie und Virologie. 1988 erhielt sie den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.
Ein Spitalsaal im New Yorker Stadtteil Bronx im Sommer 1933 bildete den Ausgangspunkt einer wissenschaftlichen Laufbahn, die die Pharmakotherapie des zwanzigsten Jahrhunderts prägen sollte. Am Krankenbett ihres Großvaters, der einem Magenkarzinom erlag, fasste die fünfzehnjährige Tochter osteuropäischer Einwanderer einen Entschluss. Gertrude Belle Elion wollte verstehen, wie pathologisches Zellwachstum chemisch unterbunden werden konnte. Zu einer Zeit, in der die Suche nach Medikamenten weitgehend auf empirischem Probieren und Zufallsfunden beruhte, entwickelte sie eine systematische Methodik. Ihr Ansatz zielte auf die biochemischen Unterschiede zwischen gesunden Körperzellen und malignen Zellen ab. Sie schuf Wirkstoffe, die als falsche Bausteine in den Stoffwechsel von Pathogenen eingeschleust wurden.
Gertrude B. Elion wandelte die Pharmakologie von einer spekulativen Wissenschaft in ein präzises biochemisches Handwerk um und rettete durch ihre Wirkstoffsynthesen Millionen Menschenleben.
Inhalt (5)
| Jahr | Wirkstoff | Indikation / Fachgebiet | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| 1948 | Diaminopurin | Onkologie / Leukämie | Erster experimenteller Nachweis der selektiven Hemmung von Nukleinsäuren |
| 1950 | Tioguanin | Hämatologie / Onkologie | Zytostatikum zur Behandlung akuter myeloischer Leukämien |
| 1950 | Pyrimethamin | Infektiologie / Parasitologie | Selektiver Dihydrofolatreduktase-Hemmer zur Therapie der Malaria |
| 1951 | Mercaptopurin (6-MP) | Pädiatrische Onkologie | Remissionserzielung bei akuter lymphatischer Leukämie |
| 1956 | Trimethoprim | Infektiologie | Breitband-Antibiotikum zur gezielten Blockade bakterieller Folsäuresynthese |
| 1957 | Azathioprin | Immunologie / Transplantationsmedizin | Erstes wirksames Immunsuppressivum für Organtransplantationen |
| 1963 | Allopurinol | Rheumatologie / Stoffwechsel | Xanthinoxidase-Inhibitor zur Senkung pathologischer Harnsäurespiegel |
| 1977 | Aciclovir | Virologie | Erstes selektives Virostatikum gegen Infektionen durch Herpes simplex |
| 1985 | Zidovudin (AZT) | Infektiologie / HIV-Forschung | Erstes antivirales Therapeutikum gegen das humane Immundefizienzvirus |
Gertrude B. Elion am Hunter College und der Eintritt in die Laborpraxis
Die Forscherin schloss ihr Chemiestudium am Hunter College 1937 mit Auszeichnung ab. 1941 erwarb sie den Master-Grad an der New York University. Nach Stationen im Lehramt und der Lebensmittelanalytik trat sie 1944 in die Laboratorien von Burroughs-Wellcome ein.
Die akademische Laufbahn begann vor dem Hintergrund der Weltwirtschaftskrise. Ihr Vater Robert Elion, ein aus Litauen eingewanderter Zahnarzt, hatte sein Vermögen bei einem Bankencrash verloren. Ihre Mutter Bertha Elion, die als Kind aus Polen nach New York gekommen war, unterstützte dennoch die naturwissenschaftliche Ausbildung der Tochter. Da finanzielle Mittel für eine private Universität fehlten, schrieb sich die junge Studentin am kostenfreien Hunter College ein. 1937 erlangte sie dort das Bachelorexamen in Chemie mit Bestnoten. Trotz dieser Qualifikation blieben Türen zu universitären Forschungsassistenzen zunächst verschlossen. Sie finanzierte ihr anschließendes Masterstudium an der New York University durch Vertretungsunterricht an Schulen und unbezahlte Labortätigkeiten. 1941 schloss sie die Graduiertenausbildung erfolgreich ab.
Der Eintritt der Vereinigten Staaten in den Zweiten Weltkrieg veränderte die industrielle Nachfrage nach Chemikerinnen. Die Absolventin arbeitete zunächst in der Qualitätskontrolle der Lebensmittelindustrie und analysierte Säuregehalte von Mayonnaise sowie Beerenfarbstoffe. 1944 bewarb sie sich bei dem Pharmaunternehmen Burroughs-Wellcome & Company im Bundesstaat New York. Der Biochemiker George H. Hitchings erkannte ihr analytisches Talent und stellte sie als wissenschaftliche Assistentin in Tuckahoe ein. Damit begann eine knapp vier Jahrzehnte währende wissenschaftliche Partnerschaft. Hitchings und seine Mitarbeiterin teilten die Hypothese, dass zelluläres Wachstum durch die gezielte Manipulation der Nukleotid-Synthese reguliert werden konnte.
Parallel zu ihrer Tätigkeit am Forschungsinstitut begann die Biochemikerin ein Promotionsstudium am Brooklyn Polytechnic Institute. Als die Hochschulleitung nach mehreren Semestern verlangte, dass sie ihre Anstellung aufgeben und sich vollzeitlich im Seminar einschreiben müsse, traf sie eine unkonventionelle Entscheidung. Sie verließ das Promotionsprogramm ohne formalen Doktortitel, um sich vollständig der Laborforschung in Tuckahoe zu widmen. Die Praxis des wissenschaftlichen Experiments wog für sie schwerer als ein akademischer Grad.
Das Prinzip der Purin-Antagonisten und die Zytostatika-Forschung
1948 gelang mit Diaminopurin die erste Synthese eines Purin-Analogons. 1951 folgte die Entwicklung von Mercaptopurin, das in klinischen Studien am Memorial Sloan Kettering Cancer Center bei pädiatrischen Leukämien hohe Remissionsraten erzielte.
Die methodische Prämisse der Forschungsabteilung um Hitchings und Gertrude B. Elion brach mit den damaligen Dogmen der pharmazeutischen Chemie. Anstatt Naturstoffextrakte ungezielt auf toxische Wirkungen zu prüfen, konzentrierte sich die Forscherin auf die molekulare Architektur der Nukleinsäuren. Sie untersuchte, wie Bakterien und Tumorzellen die Purinbasen Adenin und Guanin für die DNA-Replikation aufbauen und verwerten. Die Grundidee war logisch aufgebaut: Durch geringfügige chemische Modifikation des Purinrings sollten Verbindungen erzeugt werden, die von den Enzymen der Zelle zwar gebunden, aber nicht korrekt verarbeitet werden konnten. Ein solcher Antimetabolit blockierte folglich die Synthesekette.
1948 gelang die Synthese von 2,6-Diaminopurin, das in Bakterienkulturen von Lactobacillus casei das Zellwachstum hemmte. Drei Jahre später synthetisierte sie die Substanz 6-Mercaptopurin, kurz 6-MP. Bei dieser Verbindung war das Sauerstoffatom an Position 6 des Purinkörpers durch ein Schwefelatom ersetzt worden. In Zusammenarbeit mit dem Onkologen Joseph H. Burchenal am Memorial Sloan Kettering Hospital in New York folgten umgehend klinische Erprobungen. 6-Mercaptopurin zeigte bei Kindern mit akuter lymphatischer Leukämie bisher unerreichte Remissionsraten. 1953 erteilte die US-Arzneimittelbehörde FDA die Zulassung für das Präparat. Es etablierte sich als Grundpfeiler kombinierter Polychemotherapien.
Die Wissenschaftlerin ruhte sich auf diesem Erfolg nicht aus. Um die Verstoffwechselung von 6-MP im menschlichen Organismus zu verstehen, analysierte sie die enzymatischen Abbauwege. Sie stellte fest, dass das Enzym Xanthinoxidase den Wirkstoff rasch zu inaktiver Thioharnsäure oxidierte. Bei dem Versuch, diesen Abbau durch einen Hemmstoff zu blockieren, entwickelte sie 1963 das Allopurinol. Die Substanz verhinderte nicht nur den raschen Zerfall von Zytostatika, sondern senkte auch die Harnsäurekonzentration im Serum signifikant. Allopurinol avancierte weltweit zum therapeutischen Standard bei Gicht und Hyperurikämie.
„Wir arbeiteten nicht im Dunkeln. Wir suchten nach den winzigen Unterschieden im Stoffwechsel, die das Überleben des gesunden Gewebes sicherten, während der Erreger zugrunde ging.“
Vom Zytostatikum zur Immunsuppression und Transplantationsmedizin
1957 synthetisierte das Team das Derivat Azathioprin. Der Chirurg Roy Calne nutzte den Wirkstoff 1960 für Nierentransplantationen bei Hunden, was den Weg für erfolgreiche humane Organtransplantationen ebnete.
Die Entdeckung von 6-Mercaptopurin strahlte rasch über die Grenzen der Onkologie hinaus. Ende der 1950er-Jahre beobachteten Immunologen, dass Purinantagonisten nicht nur proliferierende Krebszellen angriffen, sondern auch die Bildung von Antikörpern durch weiße Blutzellen dämpften. Die Chemikerin modifizierte das 6-MP-Molekül gezielt, um eine Verbindung mit verlängerter Halbwertszeit und reduzierter Toxizität zu schaffen. Das Resultat war Azathioprin, ein Prodrug, das im Organismus langsam den aktiven Wirkstoff freisetzte. 1957 wurde die Substanz patentiert.
Der britische Transplantationschirurg Roy Calne erkannte das Potenzial von Azathioprinsynthesen für die Verhinderung von Organabstoßungen. In präklinischen Versuchen an der Harvard Medical School wies er nach, dass transplantierte Nieren unter Azathioprin-Therapie überlebten, ohne abgestoßen zu werden. 1962 führte der Chirurg Joseph E. Murray in Boston die erste erfolgreiche Nierentransplantation eines nicht verwandten Spenders unter Einsatz von Azathioprin durch. Der Wirkstoff, vermarktet unter dem Handelsnamen Imuran, bildete über zwei Jahrzehnte das Rückgrat der modernen Transplantationsmedizin. Er ermöglichte die Verpflanzung von Nieren, Lebern und Herzen.
1966 übernahm die Wissenschaftlerin die Leitung der Abteilung für experimentelle Therapie bei Burroughs-Wellcome. Unter ihrer Ägide dehnte das Institut die Forschungen auf antibakterielle Wirkstoffe aus. In Kombination mit Sulfamethoxazol schuf das von ihrem Team entwickelte Trimethoprim ein Chemotherapeutikum, das die Folsäurebiosynthese von Bakterien an zwei unterschiedlichen Schnittstellen lahmlegte. Die wissenschaftlichen Veröffentlichungen aus ihrem Labor dokumentierten eine neue Epoche biochemisch fundierter Therapien.
Der Vorstoß in die antivirale Therapie und der Nobelpreis 1988
1977 entwickelte die Arbeitsgruppe das Virostatikum Aciclovir. 1988 erhielt sie gemeinsam mit George H. Hitchings und James W. Black den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin. Das von ihr mitinitiierte Zidovudin wurde 1987 als erstes AIDS-Medikament zugelassen.
Bis in die 1970er-Jahre galt die virale Replikation in der Fachwelt als medikamentös kaum selektiv angreifbar. Da Viren den Stoffwechselapparat der Wirtszelle nutzen, befürchtete die Fachwelt toxische Nebenwirkungen durch antivirale Chemikalien. Die Forscherin widerlegte diese Annahme gemeinsam mit dem Chemiker Howard Schaeffer durch die Entwicklung von Aciclovir. Das 1977 vorgestellte acyclische Guanin-Nukleosid besaß einen spezifischen Aktivierungsmechanismus. Nur durch ein virusspezifisches Enzym, die Thymidinkinase von Herpesviren, wurde das Molekül phosphoryliert. Nicht infizierte Wirtszellen ließen die Substanz weitgehend unberührt. Aciclovir hemmte gezielt die virale DNA-Polymerase und veränderte die Behandlung von Herpes-simplex- und Varizella-Zoster-Infektionen grundlegend.
Nach ihrem formalen Eintritt in den Ruhestand im Jahr 1983 blieb die Pharmakologin als Beraterin und Emeritus-Forscherin bei Burroughs-Wellcome am Research Triangle Park in North Carolina aktiv. Als Anfang der 1980er-Jahre die HIV-Epidemie ausbrach, beteiligte sich ihr ehemaliges Team an der Testung früherer Nukleosidanaloga. Das 1964 erstmals synthetisierte Azidothymidin (Zidovudin, AZT) erwies sich als wirksamer Inhibitor der reversen Transkriptase des Retrovirus. 1987 erfolgte die Zulassung von AZT als erstem Therapeutikum gegen AIDS, ein direkter Ertrag ihrer methodischen Vorarbeiten.
Im Oktober 1988 verkündete das Nobelkomitee die Verleihung des Nobelpreises für Physiologie oder Medizin an Gertrude B. Elion, George H. Hitchings und den britischen Pharmakologen James W. Black. Gewürdigt wurden ihre grundlegenden Entdeckungen wichtiger biochemischer Prinzipien der Arzneimitteltherapie. In den folgenden Jahren fungierte sie als Präsidentin der American Association for Cancer Research und wurde in die renommierte National Academy of Sciences aufgenommen. Ein detaillierter Einblick in ihr wissenschaftliches Werk findet sich in den offiziellen Aufzeichnungen der Nobelstiftung zu Gertrude B. Elion. Zudem würdigt die Royal Society Memoir über Gertrude B. Elion ihren nachhaltigen Einfluss auf die internationale Arzneimittelforschung.
Die Forscherin verstarb am 21. Februar 1999 im Alter von 81 Jahren während eines Spaziergangs in Chapel Hill, North Carolina. Ihr Lebenswerk hinterließ eine Pharmakologie, die Krankheiten auf subzellulärer Ebene analysiert und bekämpft.
Häufig gestellte Fragen
Wann wurde Gertrude B. Elion geboren und wann starb sie?
Gertrude B. Elion wurde am 23. Januar 1918 in New York City geboren. Sie verstarb am 21. Februar 1999 im Alter von 81 Jahren während eines Spaziergangs in Chapel Hill, North Carolina.
Wofür ist Gertrude B. Elion bekannt?
Gertrude B. Elion ist bekannt für die rationale Entwicklung wirksamer Arzneistoffe. Durch die gezielte Blockade von Nukleinsäure-Synthesen schuf sie Standardpräparate gegen Leukämie, Gicht, Herpes-Viren und Abstoßungsreaktionen nach Organtransplantationen, wofür sie 1988 den Medizinnobelpreis erhielt.
Welche pharmazeutischen Wirkstoffe entwickelte Gertrude B. Elion?
Gemeinsam mit George H. Hitchings entwickelte sie unter anderem Mercaptopurin gegen Leukämie, Azathioprin für die Transplantationsmedizin, Allopurinol gegen Gicht sowie Aciclovir zur Behandlung von Herpesinfektionen. Diese Wirkstoffe basierten auf der gezielten Synthese modifizierter Purin-Basen.
Warum promovierte Gertrude B. Elion nie regulär?
Nach Beginn ihrer Doktorarbeit am Brooklyn Polytechnic Institute forderte die Hochschule ein Vollzeitstudium. Die Wissenschaftlerin entschied sich stattdessen für ihre Forschungstätigkeit bei Burroughs-Wellcome. Später erhielt sie zahlreiche Ehrendoktorwürden renommierter Universitäten.
Welchen Einfluss hat das Werk von Gertrude B. Elion auf die moderne Medizin?
Ihre Methode des rationalen Wirkstoffdesigns ersetzte das bloße Ausprobieren durch die präzise Analyse biochemischer Unterschiede zwischen gesunden Körperzellen, Krebszellen und Krankheitserregern. Dieses Prinzip bildet bis heute das methodische Fundament moderner antiviraler und onkologischer Therapien.
Normdaten und externe Verzeichnisse
Quellen und weiterführende Literatur
- Avery, M. E. (2000). Gertrude Belle Elion (1918–1999). Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society, 46, 123–134.
- Sickenberger, B. (1997). Die wahre Belohnung ist die Heilung von Patienten. In C. Kerner (Hrsg.), Madame Curie und ihre Schwestern (S. 210–235). Beltz Verlag.
- Hitchings, G. H., & Elion, G. B. (1985). The purine path to chemotherapy. Science, 230(4731), 1248–1252.