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Das musst du wissen
- Robert Malone hat den ersten Transportmechanismus erfunden, der mRNA mithilfe einer Fetthülle in eine Zelle bringt.
- Der Molekularbiologe will ein Patent anmelden, das Salk Institut, wo er arbeitet, glaubt aber nicht an die Technologie.
- Er veröffentlicht die Ergebnisse, sein Doktorat gibt Malone nach der Enttäuschung über das Patent aber auf.
Robert Malone sitzt während unserer Zoom-Konferenz inmitten der lieblichen Virginia-Herbstlandschaft und es brodelt in ihm. «Ich bin sehr froh, dass Sie mich kontaktiert haben», beginnt er und deutet damit an, dass niemand sonst daran gedacht hat. Tatsächlich ist Robert Malone mit seinem dichten weissen Bart à la Ernest Hemingway der Pionier der mRNA-Technologie. Er war es, der die blitzschnelle Entwicklung der ersten Impfstoffe gegen die Covid-19-Pandemie ermöglichte, die auch noch im Sommer 2021 die Welt lähmt.
Natürlich hat der Stammbaum dieser Technologie viele Äste. Es ist klar, dass sie auf jahrzehntelanger Grundlagenforschung und einer Vielzahl von kollektiven Fortschritten aufgebaut wurde. Die wissenschaftliche Literatur belegt jedoch: Robert Malone war im August 1989 Mitautor der ersten Arbeit, die die Möglichkeit aufzeigte, mRNA, geschützt durch ein kleines Fettkügelchen, ein sogenanntes Liposom, in kultivierte Zellen zu bringen. So können sie die notwendige Information für die Herstellung von Proteinen dorthin liefern.
Der Artikel, der das Fundament legte
Genau zu diesem Zeitpunkt, 1989, begann die Wissenschaft der RNA (siehe Prolog) zu einer Technologie zu werden. Das Prinzip hinter den mRNA-Impfstoffen von Biontech/Pfizer und Moderna, die im November 2020 für die Injektion bei Hunderten von Millionen Menschen zugelassen wurden, lässt sich tatsächlich auf diese Studie und ihre drei Autoren – allen voran Robert Malone – zurückführen. Zwischen dieser Veröffentlichung in den Proceedings of the National Academy of Sciences und dem Jahr 2020 – inmitten einer Pandemie, in der Impfstoffe, die auf dieser Forschung basieren, quasi die Rolle des Retters der Menschheit spielen werden – sind drei Jahrzehnte vergangen. Was hat sich in dreissig Jahren getan?
Lange hatte es die mRNA-Technologie nicht geschafft, das «Sesam-öffne-dich» der Pharmaindustrie zu erhalten: eine Zulassung. Nun ist es wahrscheinlich, dass der unglaubliche Erfolg dieser Technologie eines Tages mit einem Nobelpreis gekrönt wird. Das verspricht einen grossen Vaterschaftsstreit, der im Grunde die turbulente Geschichte der mRNA widerspiegelt.
Die RNA hat sich sehr langsam durchgesetzt, aber nicht nur wegen der Herausforderungen der Molekularbiologie. Die Geschichte, die mit Robert Malone beginnt, ist eben voll von Streitigkeiten, Zweifeln, vergessenen oder nie angemeldeten Patenten, von wissenschaftlichen Arbeiten, die von grossen Fachzeitschriften abgelehnt wurden, von finanziellen Strategien, die sich gegen wissenschaftliche Wettläufe durchsetzen. Und Karrieren, die zerbrochen oder entgleist sind.
Auf den Schultern von Gentherapie-Giganten
Die Geschichte von Robert Malones Leben als Wissenschaftler ist voller Narben. In einer der E-Mails, die er mir schickt, mit vielen Dokumenten zur Untermauerung seiner Worte, spricht er sogar von «intellektueller Vergewaltigung». Auf jeden Fall illustriert seine Geschichte wie die Wissenschaft tatsächlich funktioniert, und nicht, wie sie von den Kommunikationsabteilungen der grossen Universitäten oder den PR-Abteilungen der Pharmaunternehmen erzählt wird. Aber andererseits kann man nicht am Anfang dessen stehen, was sich jetzt als medizinische Revolution abzeichnet – weit über Impfstoffe hinaus, wie wir sehen werden –, ohne dass es rüttelt und schüttelt.
Im Jahr 1988 war Robert Malone 29 Jahre alt. Er hatte verschiedene Berufe ausgeübt, bevor er sein Medizinstudium relativ spät anfing. So ist er während der AIDS-Jahre Student der Molekularbiologie an der University of California in San Diego und die Retroviren faszinieren ihn.
Im nahe gelegenen Silicon Valley sind Biotech-Unternehmen zu den neuen Stars der Börse aufgestiegen. Sie entstanden aus der Forschung des von Nixon 1971 begonnenen Krieges gegen den Krebs. Genentech, heute eine Tochtergesellschaft von Roche, brachte die ersten sogenannten rekombinanten Proteine auf den Markt. Diese verändern die Gene von Bakterien, um menschliches Insulin zu produzieren. Chiron, das später von Novartis übernommen wurde, klonte das HIV-Virus. Dies ermöglichte die Entwicklung der ersten Bluttests.
In dieser Stimmung, in der alles möglich scheint, nimmt eine weitere, noch radikalere Technologie Gestalt an: die Gentherapie. Bis dahin wurden gentechnische Verfahren eingesetzt, um humanisierte Proteine, die in Bakterien oder Hefe produziert werden, als Medikamente zu spritzen. Warum nicht weiter gehen und ein defektes Gen in einer menschlichen Zelle ersetzen oder sie sogar dazu bringen, das eine oder andere dieser essenziellen Proteine gegen Krankheiten zu produzieren?
Die vorherrschende Idee ist, die natürliche Fähigkeit von Viren um ihr genetisches Material in Zellen zu tragen, für den Transport von genetischen Informationen zu nutzen. Es ist eine etwas technische Frage, aber Malone gehört zu denjenigen, die sich fragen, ob Retroviren nicht ein besseres Vehikel für einen solchen Transport sein könnten. Retroviren haben den Vorteil, dass sie ihr einsträngiges RNA-Genom in ein doppelsträngiges DNA-Molekül umwandeln, das sich stabil in das Genom der Zielzelle integriert.
Es war diese Frage, die Robert Malone dazu brachte, seinen Master-Abschluss und seine Dissertation an der Universität von San Diego zu machen und dann 1988 an das Salk Institut zu gehen. An den Gestaden des Pazifiks errichtete nämlich der Polio-Impfstoff-Erfinder Jonas Salk einen architektonisch futuristischen Tempel der molekularbiologischen Forschung. «Dort bin ich wirklich auf die Schulter von Riesen geklettert», sagt Malone. «Damals beherbergte das Salk Institut noch das Labor von Francis Crick, dem Mitentdecker der DNA, und sechs Nobelpreisträgern.»
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Die dunkle Seite des Salk Instituts
Hier lehren und forschen auch einige der wichtigsten Pioniere der Gentherapie, wie Theodore Friedman, der die Idee bereits 1972 hatte, oder Inder Verma, der das erste gentechnisch veränderte Virus schuf, das für den Transport von Genen nützlich sein könnte. Oder David Baltimore, der 1975 den Nobelpreis für seine Arbeit erhielt, die zur Entdeckung der Reversen Transkriptase führte, eines Enzyms, das für Retroviren sehr spezifisch ist. Sein Genom besteht aus RNA und es kann seine Gene in die DNA von Wirtszellen einfügen.
Zwischen Wüste und Ozean verbirgt der glatte Beton des Salk Instituts einige Unebenheiten. Auch die Giganten der wissenschaftlichen Forschung haben ihre Schattenseiten. David Baltimore kämpfte zehn Jahre gegen den Vorwurf wissenschaftlichen Betrugs, von dem er schliesslich freigesprochen wurde. Inder Verma verschwand nach Vorwürfen der sexuellen Belästigung von der Bildfläche, trotz seiner bedeutenden Entdeckungen über Krebs und Immunologie.
Doch von all dem ahnt der junge Malone nichts. Er sah nur einen magischen Ort und den phänomenalen Fluss an neuen Informationen und Ideen. «Ich war buchstäblich in ein Meer von Wissen eingetaucht.» Im Labor von Inder Verma beginnt er mit seiner Doktorarbeit. Er beschäftigt sich mit der Frage, wie man aus einem Retrovirus einen viralen Vektor zum Transport von genetischem Material machen kann. Er begann zu lernen, wie man RNA synthetisiert, um die molekulare Information einzuschliessen, die dann in den Wirtszellen Proteinen produzieren. In der wissenschaftlichen Sprache sagen wir, dass diese Informationen – Codons genannt, die Wörter des RNA-Codes –, die von der RNA transportiert werden, Proteine in den Wirtszellen «exprimieren».
Was ist RNA?
Aber diese Proteine müssen sichtbar sein. Dazu verwenden die Biologen verschiedene Marker. Robert Malone hat sich für das Enzym namens Luziferase entschieden, dessen Gen im Glühwürmchen entdeckt und 1987 kloniert wurde. Die Luziferase hat den Vorteil, dass sie wegen ihrer Lumineszenz gut sichtbar ist. Sie lässt sich daher leicht in den Petrischalen zählen, in denen die Zellen im Labor kultiviert werden. Während seiner Arbeit an mRNA erkannte Robert Malone, dass dieses Molekül noch viel mehr interessante Eigenschaften hat.
An dieser Stelle halte ich es für sinnvoll, den Versuch einer Beschreibung zu unternehmen: Was ist mRNA, die auch Boten-RNA genannt wird? Die 1960 entdeckte Ribonukleinsäure ist eine Kopie eines Teils der DNA und sie enthält die Bauanleitung für ein bestimmtes Protein. Aus diesem Bauplan produzieren kleine molekulare Fabriken, Ribosomen genannt, die notwendigen Proteine. Warum also nicht die Etappe der DNA überspringen und diese Information, diesen Bauplan, direkt in die Zelle bringen? Die Frage muss dir nebulös erscheinen, deshalb versuche ich, sie mit anderen Worten zu formulieren: Warum sollte man diese «Boten»-Funktion der RNA nicht nutzen, um eine synthetische RNA herzustellen, die die notwendigen Informationen in die Zelle hineinträgt, um Proteine zu produzieren, die diejenigen ersetzen, die bei bestimmten Krankheiten fehlen oder schlecht gebildet werden?
Das Problem war, dass die Synthese von mRNA zu dieser Zeit erst eine Labortechnik war, anders als die bereits industrialisierte Herstellung von DNA. «Wir wussten, wie man kurze RNAs in kleinen Mengen herstellen kann», erklärt Robert Malone in seiner herbstlichen Umgebung in Virginia.
Dann hörte er von einem Doktoranden an der University of California, San Francisco, Pablo Garcia, der die Haupt-Methode zur Herstellung von DNA mit Plasmiden «gehackt» hatte. Schon in den 1970er-Jahren wurde die selbstreplizierende Fähigkeit dieser Plasmide genutzt, um veränderte DNA herzustellen. Das hat die Industrialisierung der Gentechnik erst ermöglicht. Daher die Frage von Malone: Erlaubt die in San Francisco entwickelte Plasmidkassette die Synthese von mRNAs, die Anweisungen zur Herstellung von Proteinen tragen, auf Abruf? Das war tatsächlich der Fall, aber es interessierte zu dieser Zeit kaum jemanden, ausser Robert Malone.
Lipide betreten die Szene
Nachdem er eine dieser Produktionskassetten erhalten hatte, begann er mit verschiedenen Zelllinien zu arbeiten, um nach einer Reinigung genügend mRNAs zu erhalten, die sein Kontrollprotein Luziferase kodieren. «Ich war hoch motiviert, diese Synthese zu schaffen, weil der Erfolg meines Doktorats davon abhing», sagt er, beugt sich zum Bildschirm und betont jedes Wort, als wolle er seine Spur in der Geschichte eingravieren.
Doch es bleibt eine zweite Herausforderung: Wie bekommt man diese mRNAs in die Zelle, damit sie den Ribosomen, den Protein-Fabriken, Anweisungen geben? Die grosse Schwierigkeit bei diesem Vorgang besteht darin, dass die Zellmembranen, also die Zellwand und die Zelltür, negativ geladen sind, genau wie die mRNAs. Das Gesetz der elektrischen Pole ist unerbittlich: Sie werden abgestossen.
Zurzeit gibt es zwei Methoden, genetisches Material in Zellen zu schleusen, in der Fachsprache auch transfizieren genannt, um dieses Problem zu umgehen. Sie basieren auf den Chemikalien Calciumphosphat und DEAE-Dextran. Einige RNA-Transfektions-Experimente wurden mit diesen Chemikalien durchgeführt, zum Beispiel vom Molekularbiologen John Dunn vom Brookhaven National Laboratory mit einem Polio-RNA-Virus im Jahr 1985. Aber im Allgemeinen befassten sich diese Technologien hauptsächlich mit der DNA, die ebenfalls negativ geladen ist und das gleiche Problem wie die RNA hatte.
Der klassische Kampf zwischen Forschern und Geldgebern
Im November 1987 veröffentlichte der Biochemiker Philip Felgner in den Proceedings of the National Academy of Sciences einen neuen Ansatz, um DNA in die Zellen zu bringen. Er verwendete Fett-Aggregate. An die DNA gebunden, schützen diese sogenannten Liposomen die DNA und erleichtern ihr das Passieren der Zellmembran – ein bisschen so, als würde man sich ein Jackett und eine Krawatte leihen, um ein Restaurant mit strengem Dresscode zu betreten. Diese Liposomen sind die Vorfahren der Lipid-Nanopartikel, die heute in den Impfstoffen von Moderna und Biontech/Pfizer verwendet werden.
Phil Felgner arbeitete zu dieser Zeit am Syntex Research Institute in Palo Alto. «Syntex war damals das Vorzeige-Biotech-Unternehmen», erzählt er mir in einer Videokonferenz aus seinem Büro an der University of California in Irvine, wo er heute Professor ist. Syntex ist in der Tat ein erstaunliches Unternehmen. Das Unternehmen wurde 1944 in Mexiko-Stadt vom Erfinder der Oktanzahl, Russell Marker, gegründet und machte ein Vermögen mit der Herstellung von therapeutischen Steroiden aus mexikanischen Süsskartoffeln wie Kortison und Progesteron, aus denen die ersten Antibabypillen hervorgingen.
1994 wurde Syntex Teil des Roche-Konzerns, suchte aber in den 1980er-Jahren nach neuem Schub. Auch befand sich das Unternehmen im klassischen Kampf der Pharmaindustrie, nämlich zwischen Investoren, die das nächste Quartalsergebnis im Visier haben, und Forschern, die in Jahrzehnten denken. «Einer von ihnen sagte mir damals, dass es dreissig Jahre dauern würde, bis meine Arbeit zu einer konkreten Anwendung führen würde. Das hat sich bewahrheitet», schmunzelt Phil Felgner, während er versucht, den Namen dieses Kollegen im Internet zu finden.
In der Nähe der Stanford University, war Syntex in den frühen 1980er-Jahren noch eher forschungs- als gewinnorientiert. Es investiert verhältnismässig mehr in die Grundlagenforschung als seine Konkurrenten. «Ab 1983 begannen wir uns mit Liposomen zu beschäftigen, weil wir dachten, dass sie für die Entwicklung von Medikamenten nützlich sein könnten und insbesondere, um DNA oder sogar RNA in Zellen zu transportieren. Die Gentechnik stand gerade am Anfang und wir hatten die Vision, dass wir jedes beliebige Gen in die Zelle bringen und eine Wirkung des Gens erreichen können», sagt Felgner. «Aber die Leute kämpften immer noch damit, herauszufinden, wie man das macht. Wir begannen, RNA und DNA zu kultivierten Zellen hinzuzufügen, aber nichts passierte. Es war klar, dass wir etwas brauchten, das die Gene transportiert. Daraus entstand die Idee, ein künstliches Virus zu herzustellen.»
Mischung mit Liposomen
Bei natürlich vorkommenden Atemwegsviren, wie beispielsweise SARS und Retroviren, umhüllt eine Lipidmembran die DNA oder RNA, damit sie in die Zellen eindringen können und sich das Virus vermehren kann. 1984 wurde Richard Roman, ein Chemiker von Syntex, von diesem Mechanismus inspiriert und synthetisierte ein neues Liposom: Lipofectin. Dieses Lipid hat die Besonderheit, positiv geladen zu sein. Es lagert sich daher leicht an negativ geladene DNA oder mRNA an. Es verhindert dann, dass sie von der Zellmembran abgestossen werden, die ebenfalls negativ ist.
Das war ein grosser Schritt, aber es gab ein Problem. «Der interne Durchmesser dieser Liposomen war zu klein, um die Länge einer typischen DNA aufzunehmen und die Effizienz der Verkapselung war gering und unpraktisch», erklärt Phil Felgner. «Also dachten wir, wir mischen einfach die DNA mit diesen Liposomen und sie würden wie Magneten aneinander haften. Es funktionierte auf Anhieb. Ich war erstaunt, dass wir alle Nukleinsäuren auf so einfache und unkomplizierte Weise verkapseln konnten. Als wir diese Liposomen auf kultivierte Zellen ansetzten, gelangte die DNA erstaunlicherweise in die Zelle und der genetische Code wurde exprimiert. Damals verstanden wir nicht ganz warum, aber es gab plötzlich ein praktisches System, um Gene zu verabreichen, das im Grunde jeder für die Gentherapie nutzen konnte.»
Als Phil Felgners Papier Ende 1987 veröffentlicht wurde, sah Syntex in dieser Entwicklung jedoch kein potenziell profitables Produkt mehr. Die Geldgeber setzten sich durch, wie Syntex-Präsident Albert Bowers damals in einem Interview mit der Los Angeles Times sagte: «Um Geld zu verdienen, darf man kein Forschungsunternehmen bleiben.» Phil Felgner musste sich geschlagen geben, wird aber dennoch in einem entscheidenden Punkt gewinnen. «Wir waren uns einig, dass wir diese Technologie so zugänglich wie möglich machen müssen», sagt er. «Das tat ich, indem ich Dutzenden von Forschenden, die sich mit dem Gentransport in Zellen beschäftigten, Fläschchen mit Lipofectin anbot.»
Von der Entdeckung zur Depression
Einer dieser Forscher ist eben Robert Malone. «Er hat RNA in vitro produziert», fährt Phil Felgner fort. «Wir hatten unser künstliches Virus benutzt, um DNA zu übertragen. Er ergriff die Initiative, sie mit mRNA zu kombinieren, und es funktionierte auf Anhieb.» Dieser erklärt: «Ich hatte die Gene, die Luziferase kodieren, eine Technologie, um sie in mRNA zu synthetisieren, einen Vektor, der in der Lage ist, die Zellbarriere zu überwinden, und Zelllinien, in denen ich diese RNAs exprimieren konnte.» Die Forschung von Robert Malone kommt in Schwung. Er fährt fort: «Ich habe Tests an verschiedenen Zelltypen durchgeführt und es hat in vitro sehr gut funktioniert.» Automatisch folgte die Frage, ob es in vivo funktionieren würde.
Zu dieser Zeit finanzierte Robert Malone sein Studium als Assistent für Embryologiekurse im ersten Jahr an der Universität von San Diego. «Wir hatten einen grossen Vorrat an Frosch-Embryonen zur Verfügung, also habe ich es versucht. Und wieder hat es beim ersten Mal funktioniert.» Mit 29 Jahren hat Robert Malone, der noch nicht promoviert hat, den ersten mRNA-Transportmechanismus erfunden, der eine Lipidhülle verwendet. Dies schien umso vielversprechender, als die Hauptalternative, von natürlichen Viren abgeleitete Vektoren, immer noch das Risiko einer Infektion oder einer unerwünschten Immunreaktion in sich bargen. Die Dinge waren jedoch im Begriff, in Schräglage zu geraten.
Das unheilbringende Patent
Zunächst interessierten sich alle für die Entdeckung, die Robert Malone auf Tagungen wie der am 2. Mai 1988 im Salk Institut präsentierte und zu der uns der Molekularbiologe Tony Hunter seine Notizen schickte. «Sogar der Präsident des Salk Instituts, Frederic de Hofmann (ein Atomphysiker österreichischer Herkunft, der am Manhattan-Projekt teilgenommen hatte, Anm. d. Red.), und leitende Forscher der Einrichtung wie Dinko Valerio (der später Crucell gründete, der Blockbuster der heutigen Impfstoffsparte von Johnson & Johnson), waren an meinen Ergebnissen interessiert», sagt Malone. Aber sein Tonfall nimmt die kommenden Enttäuschungen vorweg.
Seine Unterstützung knüpfte das Salk Institut an eine Patentanmeldung und dies wenn möglich vor der Veröffentlichung eines wissenschaftlichen Artikels. Robert Malone begann daher Gespräche mit den Patent-Anwälten der Institution. Dieser Schritt sollte sich als fatal für Malones Träume erweisen und liess eine Reihe von Hindernissen vorausahnen, die das therapeutische Aufkommen der mRNA verzögern sollten.
Die wissenschaftliche Gemeinschaft bezweifelte, dass dieses Molekül, dessen Lebensdauer durch das Vorhandensein von reichlich vorhandenen Enzymen im Körper, sogenannten Ribonukleasen, verkürzt wurde, jemals als Technologie genutzt werden könnte. Obwohl Robert Malone in der Korrespondenz mit den Salk-Anwälten, die er uns geschickt hat, die Idee von mRNA-Impfstoffen vorschlägt, war die dominierende Anwendung von Gentherapie-Projekten zu dieser Zeit, defekte Gene in der DNA zu verändern. Und wenn man Proteine in Ribosomen herstellen will, kann man genauso gut Gene in den Zellkern einbauen, da wir wissen, wie man sie im industriellen Massstab produziert, während die Synthese von mRNA eine Produktion im Labor war.
Einige von Robert Malones Mentoren an der Salk wenden ein, dass RNA niemals eine Gentherapie sein wird. Das Molekül ist zu instabil. «Ein Labor-Artefakt, das ist alles, was ich erreichte habe», sagt er enttäuscht. Und als er sich wehrte, wurde ihm gesagt, dass er mit seiner RNA-Synthesekassette, den Liposomen und den Frosch-Embryonen nicht nach den Regeln der Kunst gehandelt habe. Und Salk gibt das Patent auf.
Schliesslich wird seine Arbeit 1989 in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht. Mitverfasst von Phil Felgner und seinem Mentor Inder Verma, beschreibt es die Liposomen-Transporttechnologie und die Produktion von Luziferase aus mRNA in allen Arten von Zellen, einschliesslich der menschlichen. Aber kein Wort über In-vivo-Experimente an Frosch-Embryonen. Nach der Enttäuschung über das Patent fühlte sich Robert Malone beraubt. «Ich war völlig deprimiert. So sehr, dass ein Arzt bei mir eine posttraumatische Belastungsstörung diagnostizierte.» Und niedergeschlagen gab er sogar sein Doktorat auf.
Nicht viel besser sieht es für Phil Felgner bei Syntex aus. Die Lizenz für die Produktion seiner Liposomen wurde an eine andere Firma, Bethesda Research Lab, übertragen. Danach wurde es an das multinationale Laborgeräteunternehmen Thermo Fischer weitergegeben. Doch in der rasenden unternehmerischen Atmosphäre von San Diego zu dieser Zeit entwickelte Phil Felgner einen Plan.
Nächste Folge: RNA oder DNA? Ein Buchstabe trennte Merck vom grossen Los.