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Das '''Laboratory of Molecular Biology''' (auch '''LMB''') ist eine Forschungseinrichtung in [[Cambridge]], [[England]], deren Wissenschaftler an der Revolution der [[Molekularbiologie]] in den 1950er und 1960er Jahren entscheidend beteiligt waren. Seit etwa 1960 ist es ein medizinisches Forschungsinstitut mit vielen unterschiedlichen Schwerpunkten.

== Die Anfänge: 1947 bis 1961 ==

Nach seinem Studium der [[Organische Chemie|organischen Chemie]] verließ [[Max Perutz]] 1936 seine Heimat [[Österreich]], ging als Postgraduierter an die [[University of Cambridge]] und schloss sich dort der [[Röntgenbeugung|Röntgenkristallographie-Arbeitsgruppe]] um [[John Desmond Bernal|J. D. Bernal]] an. Am [[Cavendish-Laboratorium]] begann er seine Studien am [[Hämoglobin]], das ihn ein ganzes Leben lang begleiten sollte. Nach dem Tod von [[Ernest Rutherford|Lord Rutherford]] wurde sein Nachfolger [[Lawrence Bragg]], ein Pionier der Röntgenkristallographie, im Jahre 1938 der neue ''Cavendish Professor'' für Physik. Bragg unterstützte in dieser Zeit nachhaltig die Arbeiten von Perutz. Nach dem [[Zweiter Weltkrieg|Zweiten Weltkrieg]] wandten sich viele Physiker der Biologie zu und brachten neue Methoden und Denkweisen mit. [[John Cowdery Kendrew]] schloss sich Perutzs Arbeitsgruppe an, um ab 1946 ein dem Hämoglobin verwandtes Protein zu untersuchen, das [[Myoglobin]]. Im folgenden Jahr wurde am [[Medical Research Council (UK)|Medical Research Council]] (MRC) unter der Leitung von [[Harold Percival Himsworth]] die Arbeitsgruppe gegründet, die „MRC Unit for the Study of the Molecular Structure of Biological Systems“, die sich den Fragen der Strukturbiologie zuwandte. Dieser Gruppe schloss sich 1948 [[Hugh Huxley]] an, um über Muskelproteine zu arbeiten. Ab 1949 arbeitete [[Francis Crick]] an der Röntgenkristallographie von Proteinen. 1951 kam [[James Watson]] an das MRC. 1953 wurde zum [[Annus mirabilis]] der Biologie. Watson und Crick entdeckten die Doppelhelixstruktur der DNA. Dadurch wurde klar, dass biologische Information als linearer Code gespeichert und bei der [[Zellteilung]] verdoppelt wird. Perutz entdeckte, dass die dreidimensionale Struktur großer Proteine wie die von Myoglobin und Hämoglobin im Prinzip aus röntgenspektroskopischen Daten abgeleitet werden kann, wenn man Molekülgruppen mit schweren Atomen markiert. Huxley entwickelte die [[Muskelkontraktion#Beschreibung des Kontraktionsmechanismus|Filamentgleittheorie]]. Im Jahre 1957 wurde die Arbeitsgruppe umbenannt und heißt seitdem „MRC Unit for Molecular Biology“. Im gleichen Jahr stieß [[Sydney Brenner]] zu der Gruppe und [[Vernon Ingram]] entdeckte, dass die [[Sichelzellanämie]] durch den Austausch einer Aminosäure im Hämoglobinmolekül verursacht wird. 1958 erschien Cricks Aufsatz ''On Protein Synthesis'',<ref>Francis H. Crick: ''On protein synthesis''. In: ''Symp Soc Exp Biol. '', 1958, 12, S. 138 – 163, PMID 13580867.</ref> in dem das [[Zentrales Dogma der Molekularbiologie|zentrale Dogma der Molekularbiologie]], die Sequenzhypothese und die Adaptortheorie formuliert wurden. 1961 war Brenner an der Entdeckung der [[messenger RNA]]. Im gleichen Jahr entwickelte er zusammen mit Crick die Annahme, dass der [[Genetischer Code|genetische Code]] in Triplets gelesen wird. Alle diese Arbeiten wurden in einem einfachen Gebäude (genannt „The Hut“) durchgeführt.<ref name="finch">John Finch: ''A Nobel Fellow On Every Floor''. In: ''Medical Research Council'', 2008, ISBN 978-1-84046-940-0, 381 S.</ref>

== Eröffnung des LMB 1962 ==

[[Datei:Laboratory of Molecular Biology.jpg|330px|links|mini|Das LMB Gebäude. Im Vordergrund sieht man den Vorlesungsraum.]]

Das MRC baute ein neues Laborgebäude außerhalb von Cambridge, das LMB, in welches die Arbeitsgruppe Strukturbiologie des Cavendish 1962 umzog. Zu ihnen gesellte sich neben [[Fred Sanger|Fred Sanger’s]] Arbeitsgruppe, die zuvor am Fachbereich Biochemie beheimatet war auch [[Aaron Klug]], der aus London kam. Sanger hatte für seine Arbeiten zur Sequenzierung von Proteinen (insbesondere des [[Insulin]]s) 1958 den [[Nobelpreis]] für Chemie erhalten. Das neue Labor wurde von [[Elisabeth II.|Queen Elizabeth II]] 1962 eröffnet. Wenig später erhielten Kendrew und Perutz Nobelpreis für Chemie und Crick und Watson für Medizin. Perutz leitete das Labor mit seinen drei Abteilungen: Structurbiologie (Kendrew); Molekulare Genetik (Crick); Proteinchemie (Sanger). Insgesamt arbeiteten dort ca. 40 Wissenschaftler. Allerdings nahm ihre Zahl rasch zu, weil viele Post-Docs aus den USA nach Cambridge kamen.<ref name="finch" />

== Molecular Biology: 1962 und danach ==
Im folgenden Jahrzehnt wuchsen die Erkenntnisse im Bereich der Molekularbiologie rasch. So wurden die dreidimensionale Struktur einer Reihe wichtiger Proteine aufgeklärt, darunter [[Myoglobin]] und [[Hämoglobin]]. Die Struktur von [[Chymotrypsin]] wurde von [[David Blow]] erforscht. Das Prinzip des genetischen Codes wurde aufgrund zahlreicher Indizien von Forschern aus der ganzen Welt von Crick aufgeklärt. Man entdeckte zunächst die Start- und Stoppsignale für die [[messenger RNA]]. 1966 schlug Crick dann die [[Wobble-Hypothese]] vor, die besagt, dass der genetische Code degeneriert ist. Dadurch wird erklärt, dass die Anzahl der für das Ablesen des Codes zuständigen [[tRNA]]-Moleküle kleiner ist als die Anzahl rechnerisch möglicher Codons. Sanger entwickelte neue Methoden für die Sequenzierung von [[Ribonukleinsäure|RNA]] und [[Desoxyribonukleinsäure|DNA]], wofür er 1980 seinen zweiten Chemie-Nobelpreis erhielt. An der Sequenzierung ganzer [[Genom]]e, war später [[John Sulston]] wesentlich beteiligt. [[John Derek Smith]] und [[Sidney Altman]] untersuchten die Frage, wie aus einem t-RNA-Vorläufer ein reifes t-RNA-Molekül wird. Dies führte später zur Entdeckung der [[Ribozym]]e. Aaron Klug klärte die Struktur von tRNAs, entdeckte die [[Zinkfinger]] und erhielt dafür 1982 den Chemie-Nobelpreis. Die Struktur der [[ATP-Synthase]] wurde von [[John E. Walker]] und Andrew Leslie aufgeklärt. Walker erhielt dafür den Chemie-Nobelpreis 1997.<ref name="finch" /> Für die Aufklärung der [[Ribosom]]-Struktur erhielt [[Venkatraman Ramakrishnan]] Chemie-Nobelpreis 2009.<ref>{{Cite web|url=https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2009/summary/|title=The Nobel Prize in Chemistry 2009|website=NobelPrize.org}}</ref>

== Ausdifferenzierung der Arbeitsschwerpunkte ==

Zum Ende der 1960er Jahre wurde klar, dass manche Probleme der Biologie mit den Mitteln der Molekularbiologie lösbar sein können.

=== Entwicklungsbiologie C. elegans ===

Sydney Brenner begann seine Arbeit mit dem Wurm ''[[Caenorhabditis elegans|C. elegans]]'' im Jahr 1965. Seine Gruppe wuchs bald um die Wissenschaftler, die auch heute den Kern der C. elegans-Forschung bilden. Sulston beschrieb den Entwicklungsweg jeder einzelnen Zelle des kleinen Wurms und [[John White (Biologe)|John White]] das komplette Netzwerk seines Nervensystems. [[Robert Horvitz]], der bei der Arbeit mithalf, erhielt 2002 zusammen mit Brenner uns Sulston den Medizinnobelpreis. [[Jonathan Hodgkin]] beschrieb die genetischen Mechanismen der Geschlechtsentwicklung von ''C. elegans'' und [[John Gurdon]] benutzte Froscheier als System zur Translation fremder mRNA. [[Peter Anthony Lawrence|Peter Lawrence]] begann seine Arbeiten zur Musterformation und half bei der Beschreibung der Kompartimente, die bei Drosophila den Körperbauplan determinieren. Er überzeugte Crick davon, sich für die Fragen morphogenetischer Gradienten zu interessieren, welche zur Musterbildung beitragen.

=== Immunologie ===

[[César Milstein]] hat viele Jahre über die Probleme der Vielfalt von Antikörpern gearbeitet. Zusammen mit [[Georges J. F. Köhler]] entwickelte er eine Methode zur Produktion von [[Monoklonaler Antikörper|monoklonalen Antikörpern]]. Dafür erhielten beide 1984 den Nobelpreis für Medizin. [[Greg Winter]] war der Pionier der Entwicklung des Antikörper-Engineering. Er fand heraus, wie man neue Antikörper und Antikörper-Fragmente herstellt und nutzt. Sie sind heute in der Medizin unverzichtbar. Eine Arbeit von [[Leo James]] im Jahre 2010 zeigte, dass Virusinfektionen nicht nur durch eine Zerstörung befallener Zellen bekämpft werden können, sondern auch mittels des [[TRIM21]]-Proteins durch Mechanismen innerhalb der Zelle. Dadurch eröffnen sich neue Möglichkeiten zur Bekämpfung viraler Infektionen.<ref name="CureForCommonCold">{{Cite web|url=https://www.independent.co.uk/news/science/cure-common-cold-may-finally-be-achieved-result-remarkable-discovery-cambridge-laboratory-2122607.html|title=A cure for the common cold may finally be achieved as a result of a|date=2010-11-02|website=The Independent}}</ref>

=== Zellbiologie ===

Weil sich die klassische Molekularbiologie von der Aufklärung der Struktur einzelner Moleküle vermehrt den Problemen der Zellbiologie und Entwicklung zuwandte, wurde die Abteilung für Molekulargenetik in eine für Zellbiologie umbenannt. [[Mark Bretscher]] entdeckte, wie durch [[Phospholipidtranslokatoren]] die Proteine in der [[Zellmembran|menschlichen Erythrozytenmembran]] angeordnet werden. [[Richard Henderson]] und [[Nigel Unwin]] entwickelten die Methode der [[Elektronenkristallographie]] um die Struktur des [[Bacteriorhodopsin]] aufzuklären. [[Barbara Pearse]] entdeckte die Hauptkomponenten des [[Clathrin]], das an der [[Endozytose]] beteiligt ist. Mark Bretscher, [[Hugh Pelham]] und Sean Munro untersuchten auf welche Weise Proteine in bestimmten Bereichen der Zelle positioniert werden. [[John Kilmartin]] untersuchte die Struktur und Funktion der [[MTOC|spindle pole bodies]]. Dabei handelt es sich in der Hefe um Aufhängepunkte für die Chromosomen bei der Zellteilung. Chromosomen stehen seit langem im Mittelpunkt des Interesses am LMB. Initiiert wurden diese Untersuchungen von [[Roger Kornberg]]. Er entdeckte eine der Grundformationen der DNA-Kondensierung im [[Nukleosom]] und beschäftigte sich auch weiterhin mit den Fragen, wie DNA in der Zelle gefaltet wird.

=== Neurobiologie ===

Eine neue Abteilung für Neurobiologie wurde 1993 ins Leben gerufen. Die Weiterentwicklung der Elektronenkristallographie durch Unwin half bei der Aufklärung der Struktur der [[Acetylcholinrezeptoren]]. [[Michel Goedert]] hat verschiedene Proteine identifiziert, die mit der [[Alzheimer-Krankheit]] im Zusammenhang stehen.

=== Messinstrumente und wissenschaftliche Geräte ===

Der wissenschaftliche Fortschritt beruht nicht selten auf technischen Neuerungen. Das LMB war hier häufig führend, so bei der Sequenzierung von Proteinen und DNA, der Herstellung von monoklonalen Antikörpern, der Entwicklung der Röntgenstrukturanalyse und der konfokalen Mikroskopie.<ref name="finch" />

== Bekannte Alumni ==

Ständige Mitarbeiter des LMB, die einen Nobelpreis erhielten:

* [[Frederick Sanger]] (zweimal) (1918–2013), britischer Biochemiker
* [[John Cowdery Kendrew]] (1917–1997), Biochemiker und Molekularbiologe
* [[Max Perutz]] (1914–2002), österreichisch-britischer Chemiker
* [[Francis Crick]] (1916–2004), britischer Physiker und Molekularbiologe
* [[Aaron Klug]] (1926–2018), britischer Biochemiker, Molekularbiologe südafrikanischer Herkunft
* [[César Milstein]] (1927–2002), argentinischer Molekularbiologe und Immunologe
* [[John E. Walker]] (* 1941), britischer Molekularbiologe
* [[Sydney Brenner]] (1927–2019), britischer Biologe
* [[John Sulston]] (1942–2018), britischer Biologe
* [[Venkatraman Ramakrishnan]] (* 1952), indisch-britisch-amerikanischer Ribosomenforscher und Strukturbiologe

Zeitweise Mitarbeiter des LMB, die einen Nobelpreis erhielten:

* [[James D. Watson|Jim Watson]] (1928–2025), US-amerikanischer Molekularbiologe
* [[Sidney Altman]] (1939–2022), kanadischer Physiker und Biochemiker
* [[Georges J. F. Köhler]] (1946–1995), deutscher Biologe
* [[Robert Horvitz]] (* 1947), US-amerikanischer Entwicklungsbiologe
* [[Roger Kornberg]] (* 1947), US-amerikanischer Biochemiker und Professor für Strukturbiologie
* [[Andrew Fire]] (* 1959), US-amerikanischer Biologe
* [[Thomas A. Steitz]] (1940–2018), US-amerikanischer Molekularbiologe und Biochemiker
* [[Martin Chalfie]] (* 1947), US-amerikanischer Biologe
* [[John Gurdon]] (1933–2025), britischer Entwicklungsbiologe und Professor

== Verwaltungsstruktur ==

Der frühe Erfolg des LMB wurde auch durch eine einfache Verwaltungsstruktur befördert. Das MRC ließ dabei den Wissenschaftlern weitgehend freie Hand, wie sie ihre Angelegenheiten regeln. Perutz legte Wert darauf, dass den Wissenschaftlern in allen Bereichen ihre Arbeit erleichtert wurde. Es gab nur ein Budget, dadurch wurde der Betrieb des Labors preiswerter. Sämtliche Verbrauchsmaterialien können aus einem gemeinsamen Vorrat einfach gegen Unterschrift beschafft werden. Verantwortlich für das glatte Funktionieren war Michael Fuller. Es gab keine formale Hierarchie, was die Zusammenarbeit deutlich verbessert hat.<ref name="finch" /> Heute gibt es am LMB 400 Wissenschaftler, davon 130 Post-Docs und 90 Studenten.

== Literatur ==

* John Finch: ''A Nobel Fellow On Every Floor''. Medical Research Council, 2008, ISBN 978-1-84046-940-0, 381 S.; this book is all about the MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge.

== Weblinks ==

{{Commonscat}}
* [https://www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/ Laboratory of Molecular Biology, Cambridge]
** [https://www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/archive/pastmem.html Alumni of the LMB]
** [https://www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/archive/ LMB Archives]
** [https://www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/archive/nobel.html The Nobel Laureates of the LMB]

== Einzelnachweise ==

<references />

[[Kategorie:University of Cambridge]]
[[Kategorie:Forschungsinstitut im Vereinigten Königreich]]
[[Kategorie:Organisation (Cambridge)]]

Laboratory of Molecular Biology - Versionsgeschichte

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