Leland Hartwell entdeckte an der Bäckerhefe die Gene, die den Teilungszyklus einer Zelle steuern. Er zeigte, dass die Zellteilung in festen Schritten abläuft und dass Kontrollpunkte dafür sorgen, dass ein Schritt erst beginnt, wenn der vorherige fehlerfrei abgeschlossen ist. 2001 erhielt er dafür gemeinsam mit Tim Hunt und Paul Nurse den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin. In diesem Porträt erfahren Sie, wie ein Forscher aus Kalifornien mit einem einfachen Pilz grundlegende Einsichten in das Wachstum aller Zellen und in die Entstehung von Krebs gewann.
Herkunft und Jugend
Leland Harrison Hartwell wurde am 30. Oktober 1939 in Los Angeles im US-Bundesstaat Kalifornien geboren. Über seine Kindheit ist vergleichsweise wenig bekannt. Seine Begeisterung für die Biologie entwickelte sich vor allem während der Studienzeit.
Hartwell studierte am California Institute of Technology in Pasadena, kurz Caltech, und schloss 1961 mit einem Bachelor ab. In dieser Zeit lernte er die Genetik von Bakterien und Viren kennen, die damals zu den spannendsten Gebieten der Biologie gehörte. Viele grundlegende Fragen der Vererbung wurden zu dieser Zeit an einfachen Organismen untersucht, und dieser Ansatz sollte auch Hartwells eigene Forschung prägen.
Ausbildung zum Forscher
Für die Doktorarbeit wechselte Hartwell an das Massachusetts Institute of Technology in Cambridge. Dort arbeitete er bei dem Mikrobiologen Boris Magasanik und erwarb 1964 seinen Doktortitel. Anschließend forschte er als Postdoktorand am Salk Institute in La Jolla bei Renato Dulbecco, der später ebenfalls den Nobelpreis erhielt. Dort beschäftigte er sich mit Tierzellen und Viren und kam mit der Frage in Berührung, wie Zellen ihr Wachstum regulieren und wie Krebszellen diese Regulation verlieren.
1965 wurde Hartwell Assistenzprofessor an der University of California in Irvine. Hier traf er eine Entscheidung, die seine wissenschaftliche Laufbahn bestimmen sollte: Er wählte die Bäckerhefe als Untersuchungsobjekt. 1968 wechselte er an die University of Washington in Seattle, wo er seine wichtigsten Arbeiten durchführte.
Warum gerade Hefe?
Die Bäckerhefe, mit wissenschaftlichem Namen Saccharomyces cerevisiae, ist ein einzelliger Pilz, der seit Jahrtausenden zum Backen und Bierbrauen verwendet wird. Für die Forschung hat sie mehrere Vorteile. Sie wächst schnell, lässt sich leicht im Labor halten und genetisch untersuchen. Vor allem aber ist sie, anders als Bakterien, ein Eukaryot: Ihre Zellen besitzen wie menschliche Zellen einen Zellkern und teilen sich nach ähnlichen Grundprinzipien.
Hartwell vermutete, dass die grundlegenden Mechanismen der Zellteilung in allen Lebewesen mit Zellkern ähnlich sind. Wenn er sie an der Hefe aufklären konnte, so seine Überlegung, würde das auch Einsichten in menschliche Zellen erlauben. Diese Annahme erwies sich später als zutreffend.
Die preisgekrönte Entdeckung
Jede Zelle, die sich teilt, durchläuft einen festen Ablauf, den Zellzyklus. Sie wächst, verdoppelt ihr Erbgut, verteilt die Kopien auf zwei Hälften und teilt sich schließlich in zwei Tochterzellen. Um herauszufinden, welche Gene diesen Ablauf steuern, suchte Hartwell nach Hefezellen mit veränderten Genen, die den Zyklus nicht mehr ordnungsgemäß durchlaufen konnten.
Dabei stand er vor einem Problem: Eine Zelle, die sich nicht teilen kann, stirbt in der Regel oder kann sich nicht vermehren, sodass man sie gar nicht untersuchen kann. Hartwell nutzte deshalb sogenannte temperaturempfindliche Mutanten. Diese Hefezellen wachsen bei niedriger Temperatur normal. Erhöht man die Temperatur, versagt das veränderte Eiweiß, und die Zelle bleibt an einer bestimmten Stelle des Zyklus stehen. So konnte Hartwell die Zellen zunächst vermehren und dann gezielt beobachten, an welchem Punkt sie hängen blieben.
Ende der 1960er- und Anfang der 1970er-Jahre fand Hartwell auf diese Weise zahlreiche Gene, die für die Zellteilung notwendig sind. Er nannte sie cdc-Gene, nach dem englischen Begriff für Zellteilungszyklus. Unter dem Mikroskop konnte er erkennen, dass Mutationen in verschiedenen Genen die Zellen an verschiedenen Stellen des Zyklus anhalten. Daraus ergab sich ein Bild des Zellzyklus als geordnete Abfolge von Schritten, die jeweils von bestimmten Genen gesteuert werden.
Besondere Bedeutung hatte ein Gen, das Hartwell CDC28 nannte. Es steuert den ersten Schritt des Zyklus, an dem die Zelle entscheidet, ob sie in eine neue Teilungsrunde eintritt. Hartwell bezeichnete diesen Punkt als „Start“. Später stellte sich heraus, dass dieses Gen den Bauplan für ein Enzym enthält, das zu einer zentralen Familie von Steuerproteinen des Zellzyklus gehört. Paul Nurse fand das entsprechende Gen in einer anderen Hefeart und schließlich auch beim Menschen, und Tim Hunt entdeckte die Cycline, Eiweiße, die diese Enzyme im Takt des Zyklus an- und abschalten.
Ein weiterer wichtiger Beitrag Hartwells war das Konzept der Kontrollpunkte, auf Englisch checkpoints. Gemeinsam mit Ted Weinert zeigte er Ende der 1980er-Jahre, dass Zellen ihren Teilungsablauf anhalten, wenn ihr Erbgut beschädigt ist. Erst wenn der Schaden repariert ist, setzen sie den Zyklus fort. Fehlt ein solcher Kontrollmechanismus, teilen sich die Zellen trotz Schäden weiter, und Fehler im Erbgut können sich anhäufen.
Wie wichtig solche Kontrollpunkte sind, lässt sich mit einem Vergleich veranschaulichen: Eine Fabrik, die ein Produkt in vielen Arbeitsschritten herstellt, prüft an bestimmten Stellen, ob der bisherige Schritt fehlerfrei gelungen ist, bevor das Werkstück weitergereicht wird. Ähnlich überwacht die Zelle, ob ihr Erbgut vollständig und korrekt verdoppelt wurde und ob die Chromosomen richtig verteilt werden können. Werden dabei Fehler entdeckt, wird der Ablauf angehalten, bis die Reparatur erfolgt ist. Ist der Schaden zu groß, kann die Zelle sogar ein Selbstzerstörungsprogramm einleiten. Diese Sicherungssysteme schützen den Körper vor Zellen mit fehlerhaftem Erbgut.
Das Nobelkomitee würdigte 2001 Hartwell, Hunt und Nurse für ihre Entdeckungen zentraler Regulatoren des Zellzyklus. Der Preis wurde zu gleichen Teilen unter den drei Forschern aufgeteilt.
Wechsel in die Krebsforschung
Hartwells Erkenntnisse hatten von Anfang an eine Verbindung zur Krebsforschung, denn Krebs entsteht, wenn Zellen sich unkontrolliert teilen. Viele Tumorzellen weisen Defekte gerade in jenen Kontrollmechanismen auf, die Hartwell an der Hefe beschrieben hatte. In den 1990er-Jahren wandte er sich deshalb verstärkt der Frage zu, wie sich diese Einsichten für die Behandlung von Krebs nutzen lassen.
1997 wurde Hartwell Präsident und Direktor des Fred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle, eines der bedeutenden Krebsforschungszentren der Vereinigten Staaten. Er leitete es über ein Jahrzehnt und setzte sich unter anderem für die Früherkennung von Krebs mithilfe von Biomarkern ein, also messbaren Merkmalen im Blut oder Gewebe, die auf eine Erkrankung hinweisen. Später war er an der Arizona State University tätig und engagierte sich dort auch für einen besseren naturwissenschaftlichen Unterricht an Schulen.
Neben dem Nobelpreis erhielt Hartwell zahlreiche weitere Auszeichnungen, darunter 1998 den Albert Lasker Award für medizinische Grundlagenforschung.
Bedeutung heute
Hartwells Arbeiten gehören zu den Grundpfeilern der modernen Zellbiologie. Die Vorstellung vom Zellzyklus als geordneter Abfolge von Schritten, die durch Gene gesteuert und durch Kontrollpunkte überwacht werden, findet sich heute in jedem Lehrbuch. Seine Entscheidung, die Hefe als Modellorganismus zu nutzen, zeigte zudem, wie viel sich an einfachen Lebewesen über den Menschen lernen lässt. Die Hefe ist seitdem einer der wichtigsten Organismen der biologischen Grundlagenforschung.
In der Medizin sind die Erkenntnisse über die Steuerung des Zellzyklus heute unmittelbar relevant. Es gibt Krebsmedikamente, die gezielt Enzyme der Zellzyklussteuerung hemmen und damit die Teilung von Tumorzellen bremsen, etwa bei bestimmten Formen von Brustkrebs. Auch das Verständnis dafür, warum Krebszellen auf Strahlen- oder Chemotherapie unterschiedlich reagieren, beruht zu einem guten Teil auf dem Wissen über die Kontrollpunkte, die Hartwell beschrieben hat.
Darüber hinaus steht Hartwells Laufbahn für einen Forschungsansatz, der in der Biologie bis heute große Wirkung entfaltet: die systematische Suche nach Mutationen, um die Funktion von Genen zu ergründen. Indem er gezielt nach Zellen suchte, bei denen ein bestimmter Vorgang gestört war, konnte er Schritt für Schritt die beteiligten Gene identifizieren, lange bevor sich ihre Eiweiße biochemisch untersuchen ließen.
Weitere Informationen zur Auszeichnung finden Sie auf der offiziellen Seite des Nobelpreises.
Stand: 29.10.2026