Kary Mullis, Erfinder der PCR

Name: Dr. Kary Banks Mullis

Lebensdaten: 28. Dezember 1944 in Lenoir, North Carolina bis 7. August 2019 in Newport Beach, Kalifornien

In aller Kürze: Dr. Kary Mullis erfand die PCR, die zentrale Technologie für die Genforschung. Ansonsten verbrachte er große Teile seines Lebens damit, Drogen zu nehmen und gefährliche Pseudowissenschaft zu verbreiten.

Im Detail: Im Jahre 2008 ging unter Naturwissenschaftlern ein Video viral, das der Rest der Welt entweder nie sah oder sehr seltsam fand. Es feierte die PCR und die Vielzahl ihrer Anwendungen: Mutationen zu finden, Verbrechen aufzuklären, Vaterschaftstests…

Aber was ist diese ominöse PCR und wer hat sie erfunden?

Kary Banks Mullis wurde 28. Dezember 1944 in Lenoir, North Carolina geboren (das liegt an den Blue Ridge Mountains, von denen Sie vielleicht aus dem Lied Take Me Home, Country Roads gehört haben). Seine Eltern Cecil Banks Mullis und Bernice Barker Mullis arbeiteten in der Landwirtschaft. Dort kam er bereits früh mit Biologie in Kontakt – vor allem in der Form von Farmtieren. Laut Kary Mullis war er als Junge aber mehr von Spinnen fasziniert. Er ging in den späten 1950ern und frühen 1960ern zur Schule, weshalb seine Begeisterung für Chemie durch Raketentreibstoffe geweckt wurde. Die waren in Zeiten der aufkommenden Raumfahrt schließlich der neuste Schrei.

Nach seinem Schulabschluss 1962 studierte er dann passenderweise Chemie am Georgia Institute of Technology in Atlanta, wo er 1966 seinen Bachelor-Abschluss erlangte. Danach verband er seine Kenntnisse in Chemie und Biologie und machte seinen Doktortitel in Biochemie, indem er wichtiges Molekül aus der Biochemie von Bakterien charakterisierte.

Dieser Schritt war sehr viel schwieriger für ihn, als es jetzt klingen mag. Einerseits hatte Mullis wohl nur sehr rudimentäre Kenntnisse der Biochemie und des verwendeten Vokabulars, andererseits enthielt seine Dissertationsschrift wohl auch ziemlich viel unwissenschaftliches Geschwurbel, welches seine Kollegen erst herausschneiden musste. (Kary Mullis’ Tendenz, pseudowissenschaftlichen Unfug zu glauben, wird später noch wichtig werden.)

In den nächsten Jahren arbeitete Mullis in Lawrence, Kansas und San Francisco, wobei er eigentlich die Wissenschaft den Rücken kehren wollte, um Romane zu schreiben. Vermutlich wäre er einfach aus der Forschung ausgeschieden und zu einem mäßig erfolgreichen Autor geworden, der Fiktion schreiben und auch im echten Leben Dichtung und Wahrheit nicht immer auseinanderhalten konnte, wäre nicht sein Freund Thomas White auf ihn zugekommen und hätte ihm einen Job angeboten.

White arbeitete bei einer Firma namens Cetus Corporation und forschte an Desoxyribonukleinsäure (DNA). Von 1979 bis 1986 sollte er dort an jenen Molekülen arbeiten, die die Erbinformation in allen Lebewesen tragen.

Sein Benehmen vor Ort muss ziemlich unterirdisch gewesen sein. Er stritt sich mit einer Kollegin, mit der er eine disfunktionale Romanze hatte. Er drohte Mitarbeitern Schläge an, in einem Fall drohte er sogar damit, eine Feuerwaffe an die Arbeit mitzubringen. Wäre er nicht mit dem Chef befreundet gewesen, hätte man ihn wohl rasch gefeuert. Und auch so stand Thomas White offenbar mehrfach kurz davor, Kary Mullis vor die Tür zu setzen.

Zum Schaden seiner Kollegen, aber zum Wohle der Menschheit konnte Mullis also mehrere Jahre an DNA forschen. Und in dieser Funktion erfand er eine der wichtigsten Technologien der letzten Jahrzehnte: die Polymerase-Kettenreaktion (englisch: Polymerase Chain Reaction, PCR).

Die Molekulargenetik hatte nämlich ein großes Problem: Zwar hatte man erkannt, dass das Erbgut in der DNA kodiert ist, aber an diese zu kommen, war ziemlich schwierig. Jede Ihrer Zellen enthält maximal einen Ihrer Gensätze – rote Blutkörperchen enthalten gar keinen und die Mitochondrien in praktisch all unseren Zellen machen das ganze noch komplizierter, indem sie eigene DNA enthalten, von denen man die aus dem Zellkern erst einmal trennen muss. Chromosomen sind zwar sehr große Moleküle, aber im Vergleich zu einer Zelle sind sie wirklich winzig. Um daran forschen zu können, muss man jede Form von DNA erst einmal vervielfältigen.

Dass das überhaupt geht, liegt in der Natur von DNA mit seiner Doppelhelixstruktur. Diese Doppelhelix kann sich in zwei Stränge spalten und die Zelle kann aus diesen beiden Einzelsträngen wieder Doppelstränge machen. So kopiert sich das Erbgut. Das passiert jedes Mal, wenn sich eine Zelle teilt.

Die ursprüngliche Methode, DNA zu vervielfältigen, war daher das Züchten von vielen Zellen in einer Zellkultur. Leider geht das nur, wenn die Zellen in einer Probe noch am Leben sind und wenn die Zellkultur stabil genug ist, die dutzendfache Fortpflanzung zu überstehen. Außerdem muss ich danach die DNA noch extrahieren, schließlich habe ich den ganzen Rest der Zelle mitkopiert, der mich für meine Forschung erst einmal gar nicht interessiert.

Kary Mullis hatte jetzt eine Idee: Könnte man die DNA-Moleküle nicht auch einfach ohne den Zellapparat kopieren? Dann könnte man nicht nur mit viel weniger Aufwand zum Ziel kommen, man könnte auch alte DNA-Proben analysieren, in denen die Zellen längst tot sind. (Die DNA selbst übersteht ziemlich viel und überdauert lange nach dem Tode der Zelle drum herum.)

Das funktioniert wie folgt: Als erstes präpariert man sich eine Lösung, in der die DNA und noch ein paar Hilfsstoffe vorliegen.

Wenn man Desoxyribonukleinsäure erhitzt, dann zerfällt die Doppelhelix irgendwann zu zwei Einzelsträngen. Das nennt man „Denaturieren“. Danach kühlt man die Probe wieder ab.

Gibt man jetzt DNA-Bausteine in die Probe zusammen mit Polymerase (dem Enzym, das bei der Zellteilung aus einem Einzelstrang eine Doppelhelix baut), hat man plötzlich zwei DNA-Stränge (Abb. 1).

Diesen Zyklus durchläuft die Probe dann so oft, wie nötig für genügend DNA, um damit arbeiten zu können. Weil sich die Zahl jedes Mal verdoppelt, kriegt man exponentielles Wachstum und ziemlich schnell sehr große Mengen: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 usw. Wegen dieses Anstiegs in einer Kettenreaktion entstand der Name PCR. (Abb. 2)

Das war eine absolut revolutionäre Methode, DNA zu kopieren. Sie hat die Genforschung in Bereiche katapultiert, die zuvor undenkbar gewesen wären. Bereits heute hatte sie enorme gesellschaftliche Auswirkungen – denken Sie allein an den Einfluss auf Frauenrechte, das 1988 der erste Vaterschaftstest durchgeführt wurde und heutzutage einfach messbar ist, wer ein Kind gezeugt hat. (Oder düsterer: Dass Genspuren nach einer Vergewaltigung zuverlässig den Täter aufzeigen.) Der genetische Fingerabdruck hat die Kriminalistik massiv verbessert. Unter anderem hat er dafür gesorgt, dass diese zu Unrecht verurteilte Menschen wieder freigelassen wurden, weil die DNA-Probe ihre Unschuld belegte. (Diese Leute waren in aller Regel aufgrund von Zeugenaussagen verurteilt worden. Wie unzuverlässig solche Berichte sind, diese Erkenntnis hat am Ende auch die PCR ermöglicht.)

Die PCR ermöglicht auch wichtige Forschung an Viren und Bakterien. Zwischen der Entstehung der Pocken und der ersten Impfung vergingen Jahrtausende. Zwischen dem Aufkommen von Covid-19 und der ersten Covid-Impfung verging etwa ein Jahr – möglich gemacht durch Genanalyse. Ohne PCR wäre das nie möglich gewesen.

Und wir stehen ja erst am Anfang dessen, was die Gentechnologie bewirken mag. Die Polymerase-Kettenreaktion wird die nächsten Jahrzehnte noch viel von sich hören lassen. Nicht umsonst wurde Kary Mullis 1993 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.

Damit ist er leider auch ein berühmtes Beispiel für die sogenannte „Nobel-Krankheit“. Wenn Leute den Nobelpreis erhalten, gibt ihnen das auch außerhalb ihres Fachgebiets den Anschein von Expertise. Das hat oft den Effekt, dass ihre noch so wilden Ideen erst einmal geglaubt werden. Nobelpreisträger laufen daher ständig Gefahr, dass sie sich in unwissenschaftlichen Unfug hineinsteigern, weil ihre Umgebung ihnen ständig zustimmt. Dr. Kary Mullis war hier besonders gefährdet, weil er schon vorher ziemliches Geschwurbel glaubte. Und spätestens nach seinem Nobelpreis fand er damit jede Menge Gehör.

Schon von Anfang seiner Karriere an nutzte Mullis seine Fachkenntnisse in organischer Chemie, um sich Drogen herzustellen – vor allem LSD. Deren Konsum empfahl er angeblich regelmäßig. Er schilderte die Wirkung von LSD in seiner Unizeit als erleuchtend und wichtiger als viele seiner Vorlesungen. Vielleicht war er deshalb so überzeugt von paranormalen Phänomenen und meinte auch, im Kontakt mit dem Geist seines Großvaters zu stehen.

Wenn Sie jetzt denken, aktives Anregen zum Drogenkonsum wäre Mullis’ schädlichstes Geschwurbel gewesen… weit gefehlt. Er stritt auch ab, dass das HI-Virus die tödliche Krankheit AIDS verursacht, und spielte den Einfluss des Menschen auf den Klimawandel herab. Man beachte, dass die Virologie PCR einsetzt und der Klimawandel ein Effekt der Atmosphärenchemie ist, weshalb Mullis hier für Laien als glaubwürdiger Fachmann auftreten konnte. Am Ende ein sehr wechselhaftes Wirken des Mannes, der am 7. August 2019 in Newport Beach, Kalifornien versterben sollte.