Oswald T. Avery

Oswald Theodore Avery Jr. (21. Oktober 1877 - 20. Februar 1955) war ein kanadisch-amerikanischer Arzt und Medizinforscher. Den größten Teil seiner Karriere verbrachte er am Rockefeller Hospital in New York City. Avery war einer der ersten Molekularbiologen und ein Pionier der Immunchemie. Am bekanntesten ist er jedoch für das 1944 zusammen mit seinen Mitarbeitern Colin MacLeod und Maclyn McCarty veröffentlichte Experiment, mit dem die DNS als das Material isoliert wurde, aus dem Gene und Chromosomen aufgebaut sind.

Der Nobelpreisträger Arne Tiselius sagte, Avery sei der verdienstvollste Wissenschaftler, der den Nobelpreis für seine Arbeit nicht erhalten habe, obwohl er in den 1930er, 1940er und 1950er Jahren für den Preis nominiert war.

Ihm zu Ehren wurde der Mondkrater Avery benannt.

Familie

Oswald Averys Großvater war Joseph Henry Avery. Er war Papiermacher und für die Papierherstellung an der Universität Oxford zuständig. Er entdeckte eine Möglichkeit, dünnes Papier herzustellen, das beidseitig bedruckt werden konnte. Dieses Papier wurde für die Herstellung der Oxford-Bibeln verwendet.

Averys Vater, Joseph Francis Avery, geboren 1846 in Norwich, Norfolk, wurde Baptistenprediger, nachdem er unter den Einfluss von C. H. Spurgeon, einem baptistischen Evangelisten, geraten war. Er heiratete 1870 seine Frau Elizabeth Crowdy und verbrachte drei Jahre in England, wo er seinen pastoralen Dienst als Baptist fortsetzen sollte. Danach zog er mit seiner Frau gegen den Willen seiner Freunde nach Halifax in Neuschottland, weil er glaubte, dass dies der Wille Gottes war. In Halifax blieb er 14 Jahre lang als Pastor tätig, bevor er zum Mariner's Temple in New York City reiste, wo er vor einer unruhigen und verarmten Menge predigte. In dieser Zeit veröffentlichte er eine erbauliche Broschüre mit dem Titel The Voyage of Life" (Die Reise des Lebens), gab die kirchliche Publikation Buds and Blossoms" (Knospen und Blüten) heraus und ließ sich ein Präparat patentieren, das unter dem Namen Avery's Auraline" bekannt wurde, obwohl es wenig Erfolg hatte. Als ihr Haus im Dezember 1890 bis auf die Grundmauern niederbrannte, tat sich die Baptistengemeinde von New York zusammen, um für die Kosten aufzukommen, darunter auch ein gewisser John D. Rockefeller. Er starb 1892 und ließ seine Frau Elizabeth Avery als Witwe zurück.

Averys Mutter, Elizabeth Crowdy, war das pulsierende Herz und die Seele, die die Kirche ihres Mannes zu dem Gemeindezentrum machten, das sie war. Nach dem Tod von Joseph Francis Avery setzte sie die Herausgabe der Zeitschrift Buds and Blossoms fort. Sie arbeitete auch weiterhin für die Baptist City Mission Society, wo sie mit einer Reihe von wohlhabenden Leuten in Kontakt kam, darunter die Sloans, die Vanderbilts und die Rockefellers.

Oswald hatte zwei Geschwister - einen älteren Bruder Ernest und einen jüngeren Bruder Roy. Ernest war ein begabtes Kind, wurde aber schon in jungen Jahren krank. Roy folgte seinem Bruder Oswald auf dem Gebiet der Bakteriologie. Er lehrte schließlich an der Vanderbilt Medical School in Nashville, Tennessee.

Frühes Leben und Ausbildung

Oswald Avery wurde 1877 in Halifax, Nova Scotia, als Sohn von Francis Joseph Avery, einem baptistischen Pfarrer, und seiner Frau Elizabeth Crowdy geboren. Das Paar war 1873 aus Großbritannien eingewandert. Geboren und aufgewachsen ist Oswald Avery in einem kleinen hölzernen Reihenhaus in der Moran Street im North End von Halifax, das heute unter Denkmalschutz steht. Als Avery 10 Jahre alt war, zog seine Familie in die Lower East Side von New York City. Oswald Avery nahm schon in jungen Jahren an kirchlichen Aktivitäten teil. Er und sein älterer Bruder Ernest lernten von einem deutschen Musiker, der in der Kirche auftrat, Kornett zu spielen. Bald schon spielten beide selbst in der Kirche. Die Brüder spielten auf den Stufen des Mariners' Temple, um die Gottesdienstbesucher anzulocken. Beide erhielten ein Stipendium für das National Conservatory of Music. Ernest wurde krank und konnte sein Studium nicht fortsetzen, aber Oswald machte weiter. Er wurde talentiert genug, um mit der National Academy of Music in Antonin Dvoraks Symphonie Nr. 5, Aus der Neuen Welt, unter der Leitung von Walter Damrosch zu spielen.

Oswald Avery begann sein Studium an der Colgate University im Jahr 1896. Obwohl Colgate eine baptistische Schule war, gab es während Averys Zeit an der Universität Anzeichen einer Rebellion gegen die Orthodoxie. In seinem letzten Studienjahr baten Avery und einige seiner Kommilitonen ihren Philosophieprofessor, einen Metaphysikkurs einzurichten, der es ihnen ermöglichen sollte, die Glaubwürdigkeit des christlichen Glaubens zu untersuchen. Avery belegte in seinem letzten Schuljahr ausschließlich Wahlfächer, aber er entschied sich für kein einziges naturwissenschaftliches Wahlfach, obwohl viele angeboten wurden. Avery erzielte während seiner gesamten Studienzeit an der Colgate University hervorragende Noten. In seinem ersten Studienjahr erhielt er in allen Kursen mindestens 8,5 von 10 Punkten und im zweiten und dritten Studienjahr mindestens 9 von 10 Punkten. Die besten Noten erhielt Avery in seinen Kursen für öffentliches Reden, in denen er nie schlechter als 9,5 war. Bei einem Redewettbewerb belegte er sogar gemeinsam mit seinem Freund Emerson den ersten Platz. Avery erwarb seinen Bachelor-Abschluss in Geisteswissenschaften an der Colgate University und war Mitglied der Class of 1900.

Oswald Avery begann sein Medizinstudium am College of Physicians and Surgeons der Columbia University in New York später im Jahr 1900. Am College erzielte er in allen Fächern gute Noten, mit Ausnahme von Bakteriologie und Pathologie. Im Jahr 1904 schloss er sein Medizinstudium ab und begann dann, als Allgemeinmediziner zu praktizieren. Avery mochte es nicht, mit Patienten zu tun zu haben, die chronische Krankheiten hatten, die er nicht behandeln konnte. Er praktizierte als Arzt bis 1907, als er begann, als stellvertretender Direktor von Benjamin White im Hoagland-Labor zu arbeiten.

Hoagland-Laboratorium

Im Hoagland-Labor untersuchte er zunächst die Bakteriologie von Joghurt und anderen fermentierten Milchprodukten und deren Auswirkungen auf die Darmbakterien. Seine Ergebnisse hielt er in "Observations on Certain Lactic Acid Bacteria of the Bulgaricus Type" fest. In den Jahren 1909 bis 1913 betrieb er medizinische Forschung mit bakteriologischen, immunologischen und chemischen Ansätzen.

Eine Zeit lang erkrankte White an Tuberkulose. Avery begleitete ihn zur Heilung ins Sanatorium Trudea. Danach kehrte Avery zurück, um im Sanatorium Urlaub zu machen. Er begann sich für Tuberkulose zu interessieren und forschte im Trudea-Labor, wo er sich mit den klinischen und experimentellen Aspekten der Tuberkulose befasste. Hier führte er 100 aufeinanderfolgende Blutkulturen von Tuberkulosepatienten in der aktiven Phase der Krankheit durch. Er fand nie Hinweise auf eine Sekundärinfektion. Seine sorgfältige klinische Untersuchung erregte die Aufmerksamkeit von Dr. Rufus Cole am Rockefeller Institute.

Bei Hoagland führte Avery eine chemische und toxikologische Studie über ein Produkt durch, das aus Tuberkelbazillen gewonnen wurde. Mit White als Kollegen extrahierte er das Produkt mit alkalischem Ethanol. Die Forschungsergebnisse wurden 1912 veröffentlicht. Darin zeigte sich erneut sein systematisches Bemühen, die Aktivität von Bakterien anhand ihrer chemischen Struktur zu beobachten und zu analysieren. 1911 unterrichtete Avery die Mitarbeiter der H. K. Mulford Company in bakteriologischen Techniken, die ihm die industriellen Methoden zur Herstellung von Antitoxinen und Impfstoffen beibrachten.

Während seiner Zeit bei Hoagland veröffentlichte Avery neun Arbeiten, darunter ein Kapitel über "Opsonine and Vaccine Therapy". Dieses Kapitel wurde in Zusammenarbeit mit Dr. N. B. Potter verfasst und in Hare's Modern Treatment, einer damals populären medizinischen Zeitschrift, veröffentlicht. Avery gab auch einen Kurs für Krankenpflegeschüler bei Hoagland. In diesem Kurs vermittelte er die Gefahren von Krankheitserregern, die durch Niesen verbreitet werden. Während seiner Lehrtätigkeit erhielt er die Spitznamen "Der Professor" und "Fess". Während seiner Arbeit bei Hoagland erhielt Avery zwei schriftliche Angebote vom Rockefeller-Institut, die er beide ablehnte. Avery nahm das Angebot erst an, als Rufus Cole von Rockefeller kam und ihm die Stelle persönlich anbot.

Rockefeller-Institut

Oswald Avery trat 1913 als Assistent in das Rockefeller Institute ein, 1915 wurde er assoziiertes Mitglied. Im Jahr 1919 wurde Avery zum assoziierten Mitglied ernannt. Die Vollmitgliedschaft wurde ihm 1923 gewährt. Am Institut entwickelten Cole, Avery und Alphonse Dochez das erste wirksame Immunserum gegen einen Stamm von Pneumokokken, einem Bakterium, das Lungenentzündung verursacht. Das Serum wurde aus dem Blut von infizierten Pferden hergestellt.

Die Forschung zeigte, dass die verschiedenen Lungenentzündungskulturen, die von verschiedenen Patienten isoliert wurden, unterschiedliche immunologische Eigenschaften hatten. Dies machte es schwierig, ein Serum zu entwickeln, das gegen alle verschiedenen Stämme wirksam ist. Man hatte vier Hauptgruppen von Pneumokokken entdeckt - Typ I, Typ II, Typ III und Typ IV. Avery untersuchte die Verteilung der verschiedenen Pneumokokken-Typen bei gesunden Personen und bei Personen mit Symptomen einer Lungenentzündung. Avery fand verschiedene Untergruppen von Pneumokokken des Typs II. Diese Gruppen ähnelten in bestimmten Aspekten dem Typ-Stamm. Allerdings wiesen die Untergruppen des Typs II untereinander Gemeinsamkeiten auf, die sie mit den anderen Hauptgruppen von Pneumokokken nicht hatten. Avery beschrieb die Ergebnisse seiner Untersuchungen 1915 in einem Aufsatz mit dem Titel "Varieties of Pneumococcus and Their Relation to Lobar Pneumonia". Darin vertrat er die Ansicht, dass auch scheinbar gesunde Menschen Träger einer Lungenentzündung sein könnten. Avery wies auch darauf hin, dass es wichtig sei, die Art des Stammes anhand der Agglutination der Pneumokokken zu identifizieren, um das geeignete Serum für den Patienten zu bestimmen. Avery wies darauf hin, dass Pneumokokkenstämme, die schwerere Symptome hervorrufen, eine höhere Virulenz aufweisen als Stämme, die weniger schwere Symptome verursachen. Es wurde ein Serum entwickelt, das gegen Lungenentzündung vom Typ II wirksam ist. Avery testete das Serum an Pferden. Er verarbeitete das Serum und maß seine antipneumokokkale Aktivität. Avery konzentrierte das Serum, so dass es nur noch eine minimale Menge an Fremdeiweiß enthielt. Avery schrieb die Monographie Acute Lobar Pneumonia: Prevention and Serum Treatment", die vom Institut herausgegeben wurde und diese Verbesserung erklärt.

Avery half Dochez auch bei seinen Forschungen über spezifische lösliche Substanzen im Blut und Urin von Lungenentzündungskranken. Das Vorhandensein spezifischer löslicher Substanzen in einer Urinprobe ermöglichte es ihm, die Art der Lungenentzündung schnell zu testen, ohne auf das Wachstum einer Kultur warten zu müssen. Avery und Heidelberger stellten fest, dass die Kapseln verschiedener Lungenentzündungsstämme unterschiedliche Polysaccharidstrukturen aufwiesen, und schlossen daraus, dass Polysaccharide eine Rolle bei der immunologischen Spezifität spielen. Ihre Arbeit mit spezifischen löslichen Substanzen zeigte, dass es wichtig ist, den Faktor der chemischen Zusammensetzung von Organismen bei der Entwicklung von Antiserum zu berücksichtigen. Avery veröffentlichte zwischen 1923 und 1929 Arbeiten über die Entdeckung spezifischer löslicher Substanzen sowie eine weitere Arbeit, die er zusammen mit Goebel 1933 veröffentlichte. Er arbeitete bis 1934 mit Goebel zusammen, und nach dessen Ausscheiden führte Gobel ihre Arbeit fort. Später kam Avery zu dem Schluss, dass ein Protein die Spezifität von Diplococcus pneumoniae bestimmt, nachdem er beobachtet hatte, dass das aktive Protein bei allen Pneumokokkenstämmen gleich ist, sich aber von dem anderer Bakterien unterscheidet.

Als er 1943 in den Ruhestand ging, wurde Avery zum emeritierten Mitglied des Instituts ernannt. Er arbeitete jedoch noch bis 1948 im Labor.

Debatte über den Erreger der Grippeepidemie von 1918

Auf dem Höhepunkt der Influenza-Epidemie von 1918 war die vorherrschende Hypothese, dass es sich bei dem Erreger der Krankheit um ein Bakterium handelte - genauer gesagt um Haemophilus influenzae (damals "Pfeifferscher Bazillus" oder Bacillus influenzae genannt), eine Mikrobe, die erstmals von dem deutschen Bakteriologen Richard Pfeiffer isoliert wurde, den er Jahrzehnte zuvor in Nasenproben von Patienten mit saisonaler Grippe identifiziert hatte und der auch in vielen, aber nicht allen Proben von Patienten der Epidemie von 1918 gefunden wurde. Dass B. influenzae bei einigen Patienten nicht isoliert werden konnte, wurde im Allgemeinen auf die Schwierigkeiten bei der Kultivierung des Bakteriums zurückgeführt.

Peter Olitsky und Frederick Gates vom Rockefeller Institute fanden heraus, dass Nasensekrete von infizierten Patienten auch dann noch Krankheiten in der Lunge von Kaninchen auslösen konnten, nachdem sie durch einen Bakterien ausschließenden Berkefeld-Filter gefiltert worden waren, aber andere Forscher konnten ihre Ergebnisse nicht reproduzieren. Avery zweifelte zunächst an den Daten von Olitsky und Gates und machte sich daran, die B. influenzae-Hypothese zu beweisen. Zu diesem Zweck entwickelte er verbesserte Nährböden für B. influenzae, die weithin angenommen wurden und die Möglichkeit falscher Negativbefunde verringerten. Allerdings konnte B. influenzae immer noch nicht bei allen Grippepatienten nachgewiesen werden. Die wahre Ursache der Influenza, ein Virus, sollte erst in den 1930er Jahren entdeckt werden.

Die DNA als Grundlage der Gene

Hauptartikel: Avery-MacLeod-McCarty-Experiment

Nach der Grippeepidemie widmete sich Avery wieder seinen Arbeiten über Pneumokokken. Er identifizierte R- und S-Stämme des Bakteriums; letztere verursachten Krankheiten und hatten eine Polysaccharidkapsel, während erstere keine Kapsel besaßen und harmlos waren. Griffiths Experiment von 1928 zeigte, dass die Fähigkeit, eine Kapsel zu produzieren, von S- auf R-Stämme übertragen werden konnte, selbst wenn die S-Stämme zuvor abgetötet worden waren.

Viele Jahre lang glaubte man, die genetische Information sei in den Proteinen der Zellen enthalten. In Fortführung der Forschungen von Frederick Griffith arbeitete Avery zusammen mit Colin MacLeod und Maclyn McCarty an der Erforschung des Geheimnisses der Vererbung. Er wurde 1943 vom Rockefeller-Institut emeritiert, arbeitete aber noch fünf Jahre weiter, obwohl er zu diesem Zeitpunkt bereits Ende sechzig war. 1944 isolierte Oswald Avery zusammen mit Colin MacLeod und Maclyn McCarty im Krankenhaus für medizinische Forschung des Rockefeller-Instituts S-Stamm-Bakterien und tötete sie mit Hitze. Sie verwendeten die verfügbaren Techniken, um verschiedene Makromoleküle - Proteine, RNA und DNA - aus den Bakterien zu entfernen. Dann wurden die abgetöteten S-Stamm-Bakterien, denen verschiedene Substanzen entzogen wurden, mit lebenden R-Stamm-Bakterien zusammengebracht. Avery stellte die Hypothese auf, dass, wenn sich die lebenden R-Stamm-Bakterien nicht in S-Stamm-Bakterien verwandelten, die fehlende Substanz genetische Informationen enthielt und das "Umwandlungsprinzip" war. Die Proteine wurden mit Protease-Enzymen entfernt, und nach dem Transfer der S-Stamm-Bakterien in den R-Stamm verwandelten sich die R-Stämme in S-Stämme. Daher waren die Proteine nicht das "transformierende Prinzip". Anschließend wurden die S-Stamm-Bakterien mit Ribonukleasen behandelt, um ihre RNA abzubauen, und der Rest des S-Stamms wurde mit den lebenden R-Stamm-Bakterien zusammengebracht. Der R-Stamm verwandelte sich weiterhin in den S-Stamm, was darauf hindeutet, dass die RNA nicht die verwandelnde Substanz war. Schließlich wurden die S-Stamm-Bakterien mit einem Desoxyribonuklease-Enzym behandelt, wodurch die DNA entfernt wurde, und die S-Stamm-Bakterien wurden mit den lebenden R-Stamm-Bakterien zusammengebracht. Nach dieser Behandlung verwandelten sich die R-Stammbakterien nicht in S-Stammbakterien. Das Ausbleiben der Transformation deutete darauf hin, dass die DNA die Substanz war, die die R-Stamm-Bakterien in S-Stamm-Bakterien verwandelte, und dass sie der Träger der genetischen Information in den Zellen war.

Averys Schlussfolgerung, dass "die vorgelegten Beweise die Annahme stützen, dass eine Nukleinsäure vom Desoxyribose-Typ die grundlegende Einheit des Transformationsprinzips von Pneumokokken Typ III ist", beeinflusste Erwin Chargaff stark, der nach der Lektüre dieser Worte seine Arbeit der Identifizierung einer "Chemie der Vererbung" widmete, die er später in Chargaffs Regeln erläuterte. Chargaff kommentierte später: "Da diese Umwandlung eine dauerhaft vererbbare Veränderung einer Zelle darstellt, war die chemische Natur der für diese Veränderung verantwortlichen Substanz zum ersten Mal aufgeklärt worden. Selten ist mit so wenigen Worten mehr gesagt worden".

Alfred Hershey und Martha Chase führten Averys Forschung 1952 mit dem Hershey-Chase-Experiment fort. Diese Experimente ebneten den Weg für die Entdeckung der spiralförmigen Struktur der DNA durch Watson und Crick und damit für die Geburt der modernen Genetik und Molekularbiologie. Über dieses Ereignis schrieb Avery in einem Brief an seinen jüngsten Bruder Roy, einen Bakteriologen an der Vanderbilt School of Medicine: "Es macht viel Spaß, Seifenblasen zu pusten, aber es ist klüger, sie selbst anzustechen, bevor es jemand anderes versucht."

Der Nobelpreisträger Joshua Lederberg erklärte, dass Avery und sein Labor "die historische Plattform der modernen DNA-Forschung" bildeten und "die molekulare Revolution in der Genetik und der biomedizinischen Wissenschaft im Allgemeinen" einleiteten.

Ruhestand und spätere Jahre

Während seiner Arbeit am Rockefeller Institute erkrankte Avery an Morbus Grave, was bei ihm zu Stimmungsschwankungen mit Depressionen und Reizbarkeit führte. Nach einer Thyreoidektomie wurde Avery wieder lebhafter und begann zu segeln, wobei er sich in diesen Sport verliebte. Kurz darauf setzte er sich in Nashville, Tennessee, zur Ruhe, wo er in der Nähe seines Bruders und dessen Familie lebte und nicht als Wissenschaftler, sondern als angenehmer Familienvater und freundlicher Gentleman vom Lande angesehen wurde. Während seines Aufenthalts in den südlichen Vereinigten Staaten interessierte sich Avery besonders für die örtliche Flora und verhielt sich wie ein Gärtner, der die Blumen und Bäume kennen und schätzen lernt.

Averys Begeisterung für die Erforschung von Nukleinsäuren hielt bis zu seiner Pensionierung an, und er setzte seine Arbeit mit Dr. Hugh Morgan, dem Vorsitzenden der medizinischen Abteilung der Vanderbilt Medical School, fort. Dr. Morgan erhielt ein Forschungsstipendium des Verteidigungsministeriums, um die Immunität gegen Streptokokkeninfektionen zu untersuchen, und er überzeugte Avery, ihm bei seiner Forschung zu helfen. Avery arbeitete bei dieser Forschung mit Dr. Bertram E. Sprofkin zusammen. Die beiden verfassten einen gemeinsamen Bericht über "Studien über die bakteriolytische Eigenschaft von Streptomyces albus und seine Wirkung auf hämolytische Streptokokken".

In seinen letzten Lebensjahren erkrankte Avery unheilbar an einem schweren Hepatom, also an Leberkrebs. Er starb im Alter von 77 Jahren am 20. Februar 1955 und wurde auf dem Mount Olivet Friedhof in Nashville beigesetzt.