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Vitamin C, Hormone und ein Nobelpreis
Daniel Häussinger
Der erste Nobelpreisträger der Universität Basel war ein Chemiker: Tadeus Reichstein erhielt die Auszeichnung 1950 für seine Forschungen über die Hormone der Nebennierenrinde. Zudem hatte er als Erster einen Weg gefunden, Vitamin C synthetisch in grossen Mengen herzustellen.
Tadeus Reichstein wurde 1897 in Wloclawek (damals russisch annektiert, heute polnisch) als Sohn eines Chemieingenieurs geboren. Die ersten Lebensjahre verbrachte er in Kiew, bis sein Vater auf der Flucht vor den Judenpogromen in Russland mit der Familie 1906 nach Zürich übersiedelte. Tadeus besuchte als Übergangslösung ein Internat in Jena, bis er 1908 in die Schweiz nachkommen durfte. Nach der Matur 1916 nahm er das Studium der Chemie-Ingenieurwissenschaften an der ETH auf, und bereits 1922 promovierte er bei Hermann Staudinger. Darauf begann Reichstein, für einen Industriekonzern die Aromastoffe des (Malz-)Kaffees aufzuklären und synthetisch nachzubauen – was sich als wesentlich anspruchsvoller und komplexer herausstellte als angenommen. Nach der Charakterisierung von über 50 neuen Verbindungen gab er die Idee auf, ein wirtschaftlich konkurrenzfähiges synthetisches Aroma herzustellen. Bis heute sind fast 1000 Substanzen im Kaffee nachgewiesen worden, und ein künstliches Kaffeearoma kann noch immer nicht produziert werden.
Kaffeearomaforschung
Zehn Jahre beharrliche Forschungsarbeit investierte Reichstein in das Projekt, und wenn es auch wirtschaftlich erfolglos blieb, so war es doch wissenschaftlich sehr viel wert. Zahlreiche Publikationen über seine Ergebnisse und die Habilitationsschrift zu den Aromastoffen der Zichorie waren der Grundstock für eine Karriere als Hochschullehrer. Weit wichtiger war jedoch, dass der Forscher wegen der geringen Mengen, die von diesen zuvor unbekannten Substanzen im Kaffee enthalten sind, gezwungen war, neue experimentelle Techniken zu entwickeln. Notgedrungen wurde er so zum Meister im Arbeiten mit sehr kleinen Stoffmengen. 1930 begann Reichstein mit den Arbeiten zum Anti-Skorbut- Faktor, damals noch «C-Vitamin» genannt, und zwar als Assistent von Leopold Ruz˘ic˘ka. Es spricht für das liberale Klima im Zürich der 1920er-Jahre, dass gleich drei Immigranten als ETH-Chemiker – der Deutsche Staudinger und seine beiden Schüler, der Kroate Ruz˘ic˘ka und der Pole Reichstein – neue Massstäbe im Experimentieren entwickeln konnten. Alle drei erhielten später unabhängig voneinander und auf verschiedenen Gebieten den Chemie-Nobelpreis. Nach seinen Erfahrungen mit der Substanzklasse der Furane, die im Kaffee eine wichtige Rolle spielen, beschäftigte sich Reichstein mit Oxidationsprodukten von Zuckern. Insbesondere das Vitamin C hatte es ihm angetan, ein Stoff, der zuerst in der Nebenniere entdeckt wurde: In einem Kopf-an- Kopf-Rennen veröffentlichten er und sein schärfster Konkurrent Walter Norman Haworth ihre Ergebnisse in schneller Folge: Am 19. Dezember 1932 schrieben der Ungar Albert von Szent Györgyi und Haworth an die britische Fachzeitschrift «Nature», dass sie jetzt auch in ungarischem Paprika den Anti-Skorbut-Faktor nachweisen konnten, und tauften die Substanz «A-scorbinsäure». Bereits am 5. April 1933 konnte Reichstein als «Neuling» in diesem Gebiet der erstaunten Fachwelt mitteilen, dass er in einer komplizierten Synthese 8 Milligramm der spiegelbildlich gebauten D-Ascorbinsäure hergestellt habe. Am 11. Juli 1933 legte er nach und beschrieb die Synthese beider Enantiomere, der D- und der L-Form. Eine Weltsensation – die erste Totalsynthese eines Vitamins, also die Darstellung aus einfachen Grundstoffen war gelungen! Keine drei Monate später publizierte Haworth «seine» Totalsynthese, aber eben nur die zweite. Beide Arbeiten waren wissenschaftlich brillant, aber für eine praktisch anwendbare Produktion von Vitamin C viel zu kompliziert. Das war auch Reichstein klar, und am 22. Dezember 1933 landete er seinen letzten Coup in diesem Kapitel: Er veröffentlichte eine Synthese von Vitamin C, ausgehend von gewöhnlichem, billigem Traubenzucker, womit der Weg zur industriellen Produktion frei war. Selbstverständlich hatte Reichstein zuvor das schweizerische Patent auf seine Erfindung angemeldet und verkaufte das Verfahren an die Basler Firma Roche. Diese war eher skeptisch, was die Vermarktung anging, und so sollte Reichstein gemäss Vertrag erst 50’000 Franken erhalten, wenn die ersten 1000 Kilo Vitamin C verkauft waren – man dachte, dass dies Jahrzehnte dauern könne. Aber schon wenige Monate nach Produktionsbeginn von Vitamin C in Basel überstieg die Nachfrage das Angebot bei Weitem. Heute werden pro Jahr weltweit etwa 100’000 Tonnen Vitamin C hergestellt, zu einem beträchtlichen Teil noch immer nach dem Verfahren Reichsteins, obwohl inzwischen gentechnisch erzeugte Ascorbinsäure aus China die Oberhand auf dem Weltmarkt gewonnen hat.
Ein listiger Biotechnologe
Ein wichtiges Detail in Reichsteins Vitamin-C-Synthese ist der Schritt vom D-Sorbit zur L-Sorbose. Diese selektive Oxidation von nur einer einzigen der sechs verschiedenen Alkoholgruppen von Sorbit war chemisch extrem umständlich und teuer zu lösen. Aber Reichstein hatte die Kenntnisse und den Mut, einen mikrobiologischen Schritt in seine industrielle Synthese einzubauen – zur damaligen Zeit revolutionär. Doch waren auch dabei Hindernisse zu überwinden: Der Forscher hatte sich von mehreren Firmen Proben von Essigbakterien schicken lassen, die laut der Fachliteratur genau diese Umwandlung mithilfe eines Enzyms bewerkstelligen konnten. Zu seiner grossen Enttäuschung funktionierte aber keine einzige der kommerziell erhältlichen Bakterienkolonien für eine Oxidationsreaktion. Reichstein war aber viel zu sehr Tüftler, um aufzugeben. In einer Publikation hatte er gefunden, dass die gesuchten Bakterien auch im Darm von Fruchtfliegen (Drosophila) leben. Also füllte er einige Gläschen mit Hefeextrakt, der als Nährboden für die Bakterien dienen sollte, und gab grosszügig Sorbitolzucker hinzu. Um die Fruchtfliegen anzulocken, goss er Wein und Essig nach und stellte die Gläschen an einem Samstagabend vor das Kellerfenster des Labors. Am Montag konnte er erfreut feststellen, dass in einem der inzwischen eingetrockneten Schälchen eine tote Drosophila lag, von der aus strahlenförmig grosse Kristalle wuchsen – die der Forscher als fast reine Sorbose charakterisierte. Sofort begann er, den Inhalt des Gläschens zu kultivieren, und züchtete sich so den benötigten Bakterienstamm mit den geeigneten Enzymen. Nach einer Woche hatte er so bereits 50 Gramm Sorbose hergestellt. Obwohl manche Chemiker über den «unsauberen» Schritt die Nase rümpften, mussten doch alle die Überlegenheit der neuen «biotechnologischen» Synthese anerkennen.
Cortison und Farne
Nach den grossen Erfolgen beim Vitamin C wandte sich Reichstein nun einem weiteren Inhaltstoff der Nebenniere zu. Seit 1929 wusste man, dass das lebenswichtige Hormon Cortison in diesen Organen gebildet wird, und eine Reihe von Forschern bemühte sich, die wirksame Substanz zu isolieren und ihre Struktur aufzuklären. Reichsteins Interesse an diesem Thema und seine Zusammenarbeit mit einer niederländischen Firma brachte ihn allerdings in Konkurrenz zu seinem Vorgesetzten Ruz˘ic˘ka, der mit Unterstützung der Basler Ciba AG ebenfalls an Steroidhormonen arbeitete. Er musste deswegen die ETH Zürich verlassen – für einen polnischstämmigen Juden im Jahr 1938 eine sehr schwierige Situation. Der einzige Kanton, der Reichstein mutig und ohne Rücksicht auf politische Irritationen ein Amt als Ordinarius und Institutsdirektor anbot, war Basel-Stadt, und so wurde er Vorsteher des Pharmazeutischen Instituts der Universität. Auf dem Gebiet der Steroide wiederholte sich der wissenschaftliche Wettlauf gegen starke internationale Konkurrenz, diesmal gegen Forscher aus den USA. Erneut hatte am Ende Reichstein die Nase vorn, in erster Linie wegen seiner extrem sorgfältigen präparativen Arbeitsweise. Die Konkurrenz hatte grosse Mühe, die sehr schwierig zu reinigenden Verbindungen voneinander zu trennen. Dagegen konnte Reichstein schliesslich saubere und physiologisch hoch aktive Verbindungen charakterisieren. Er hatte 1937 als Erster die korrekte Struktur des Corticosteroids (Substanz H) publiziert und auch eine Partialsynthese aus Vorläufersubstanzen angegeben. In wenigen Jahren isolierte und charakterisierte er 29 Steroide, darunter fünf physiologisch wichtige Hormone. Dafür wurde ihm 1950 mit seinem Konkurrenten Edward C. Kendall und dem Mediziner Philip S. Hensch der Medizin- Nobelpreis verliehen. Damals war Reichstein sogar Ordinarius und Vorsteher an zwei Instituten der Universität Basel – neben der Pharmazie leitete er auch die Organische Chemie. Ein weiteres grosses Verdienst war der Neubau der «Chemischen Anstalt» 1952, was endlich mehr Platz zum Forschen verschaffte. Bis zu seiner Emeritierung 1967 leitete er in Basel eine sehr produktive Arbeitsgruppe und suchte sich darauf, mit 70 Jahren, noch einmal ein völlig neues Forschungsgebiet: die Botanik, besonders die Klassifizierung von Farnen. Reichstein starb 1996 im Alter von 99 Jahren – die Wissenschaft, die Universität Basel und das Departement Chemie verdanken ihm viel.