Marshall W. Nirenberg war ein amerikanischer Biochemiker, der als Erster ein „Wort“ des genetischen Codes entzifferte. 1961 zeigte er mit seinem deutschen Kollegen Heinrich Matthaei an den National Institutes of Health (NIH) in Bethesda, dass die Basenfolge UUU in der Erbsubstanz RNA für den Eiweißbaustein Phenylalanin steht. In den folgenden Jahren klärten Nirenberg und andere Gruppen den gesamten Code auf – das Wörterbuch, mit dem Zellen Erbinformation in Proteine übersetzen. Dafür erhielt Nirenberg 1968 zusammen mit Har Gobind Khorana und Robert W. Holley den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.
Kindheit und Studium
Marshall Warren Nirenberg wurde am 10. April 1927 in New York City geboren. Als Kind erkrankte er an rheumatischem Fieber, und die Familie zog nach Florida in die Gegend von Orlando, weil das warme Klima seiner Gesundheit zuträglich sein sollte. Dort entwickelte er ein ausgeprägtes Interesse an der Natur, beobachtete Vögel und Insekten und führte Notizbücher über seine Beobachtungen.
Er studierte an der University of Florida in Gainesville Zoologie und Chemie, schloss 1948 mit dem Bachelor ab und erwarb 1952 einen Master in Zoologie mit einer Arbeit über Köcherfliegen. Für die Promotion wechselte er an die University of Michigan in Ann Arbor, wo er 1957 in Biochemie mit einer Arbeit über die Aufnahme von Zucker in Tumorzellen promoviert wurde.
An den National Institutes of Health
Noch 1957 kam Nirenberg als Postdoktorand an die NIH in Bethesda bei Washington. 1960 erhielt er dort eine feste Stelle als Forscher. Er wollte nun eine der großen offenen Fragen der Biologie angehen: Wie bestimmt die Erbinformation, welche Proteine eine Zelle herstellt?
Seit der Entdeckung der DNA-Doppelhelix 1953 war klar, dass die Information in der Reihenfolge von vier Basen liegt. Proteine bestehen dagegen aus 20 verschiedenen Aminosäuren. Theoretiker hatten überlegt, dass jeweils drei Basen eine Aminosäure kodieren könnten, denn drei Basen ergeben 64 mögliche Kombinationen, genug für 20 Aminosäuren. Doch welche Kombination für welche Aminosäure steht, wusste niemand. Viele hielten die Frage mit damaligen Methoden für kaum lösbar.
Das Poly-U-Experiment
Nirenberg verfolgte einen biochemischen Ansatz. Er stellte aus Darmbakterien (Escherichia coli) einen zellfreien Extrakt her, also eine Art Zellsaft, in dem die Maschinerie zur Herstellung von Proteinen noch funktionierte. Gab man diesem Extrakt RNA als Bauanleitung und Aminosäuren als Baumaterial, entstanden Eiweißketten. 1960 stieß der junge Biochemiker Heinrich Matthaei aus Deutschland als Gastforscher zu ihm.
Die Forscher fügten dem Extrakt künstlich hergestellte RNA zu, die nur aus einer einzigen Base bestand: Uracil, abgekürzt U. Diese „Poly-U“ war eine Bauanleitung, die nur ein einziges Wort immer wieder wiederholte. Dann prüften sie in vielen Ansätzen, welche der 20 Aminosäuren in neu gebildetes Protein eingebaut wurde. Dazu war jeweils eine Aminosäure radioaktiv markiert. In der Nacht zum 27. Mai 1961 zeigte Matthaeis Messung ein eindeutiges Ergebnis: Nur Phenylalanin wurde eingebaut. Es entstand eine Kette aus lauter Phenylalanin-Bausteinen.
Damit war das erste Codewort gefunden: UUU bedeutet Phenylalanin. Gleichzeitig war bewiesen, dass sich der Code mit zellfreien Systemen im Reagenzglas knacken ließ.
Der Auftritt in Moskau
Im August 1961 stellte Nirenberg die Ergebnisse auf dem Internationalen Biochemie-Kongress in Moskau vor – zunächst in einem kleinen Saal vor wenigen Zuhörern. Francis Crick, der davon erfahren hatte, sorgte dafür, dass Nirenberg seinen Vortrag vor großem Publikum wiederholen konnte. Die Nachricht schlug ein. Für den bis dahin wenig bekannten NIH-Forscher begann ein intensives Rennen mit anderen Laboren, vor allem mit der Gruppe von Severo Ochoa in New York.
Das ganze Wörterbuch
In den folgenden Jahren arbeitete Nirenberg mit einem wachsenden Team daran, auch die übrigen Codewörter zu bestimmen. Mit gemischten Kunst-RNAs ließ sich zwar die Zusammensetzung, aber nicht die genaue Reihenfolge der Basen eines Codeworts ermitteln. 1964 entwickelte Nirenberg mit Philip Leder ein neues Verfahren: Sie stellten kurze RNA-Stücke aus genau drei Basen her und prüften, welche mit Aminosäure beladene Transfer-RNA daran an Ribosomen gebunden wurde. Damit konnten sie Codewort für Codewort zuordnen.
Parallel synthetisierte Har Gobind Khorana an der University of Wisconsin RNA mit genau festgelegten, sich wiederholenden Sequenzen. Robert W. Holley klärte die Struktur einer Transfer-RNA auf, des Adaptermoleküls, das Codewort und Aminosäure verbindet. Bis 1966 war der genetische Code weitgehend vollständig entschlüsselt: 61 der 64 Dreierkombinationen stehen für Aminosäuren, drei bedeuten „Stopp“.
Für die NIH war der Erfolg ebenfalls ein Wendepunkt. Die staatliche Forschungseinrichtung galt bis dahin vor allem als Ort angewandter medizinischer Forschung. Mit Nirenbergs Entdeckung wurde sie zu einem Zentrum der Grundlagenforschung, an dem die Molekularbiologie neue Impulse erhielt. Nirenbergs Labor wuchs rasch; zeitweise arbeiteten zahlreiche Postdoktoranden und technische Mitarbeiter an der Zuordnung der Codewörter. Die Arbeit war oft monoton: Unzählige Ansätze mussten angesetzt, gefiltert und gemessen werden, um für jedes der 64 möglichen Wörter eine sichere Zuordnung zu erhalten. Nirenberg führte darüber akribisch Buch und hielt den Fortschritt in großen Tabellen fest, die den Code nach und nach füllten.
Der genetische Code, einfach erklärt
Stellen Sie sich die Erbinformation als langen Text vor, der nur aus vier Buchstaben besteht. Die Zelle liest diesen Text in Dreiergruppen, ähnlich wie Wörter. Jedes Dreierwort steht für einen Baustein eines Eiweißes oder für ein Satzende. Ein Übersetzer in der Zelle, die Transfer-RNA, erkennt jeweils ein Wort und bringt den passenden Baustein mit. Aneinandergereiht ergeben die Bausteine ein Protein, das in der Zelle eine bestimmte Aufgabe erfüllt.
Eine bemerkenswerte Erkenntnis war, dass dieses Wörterbuch bei fast allen Lebewesen gleich ist – vom Bakterium bis zum Menschen. Nirenberg selbst prüfte dies mit Material aus verschiedenen Organismen. Der Befund ist ein starkes Argument für die gemeinsame Abstammung allen Lebens.
Der Nobelpreis 1968
1968 erhielten Holley, Khorana und Nirenberg den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin „für ihre Interpretation des genetischen Codes und seiner Funktion bei der Proteinsynthese“. Heinrich Matthaei, der das entscheidende Experiment mit durchgeführt hatte, wurde nicht berücksichtigt; das wird in der Wissenschaftsgeschichte immer wieder diskutiert. Die offiziellen Angaben finden Sie bei der Nobelstiftung.
Späte Jahre: Neurobiologie
Nach der Entschlüsselung des Codes wandte sich Nirenberg einem ganz anderen Feld zu, der Neurobiologie. Er untersuchte an Zellkulturen von Nervenzellen, wie Synapsen entstehen, und befasste sich später mit Genen, die die Entwicklung des Nervensystems bei der Taufliege Drosophila steuern, insbesondere mit sogenannten Homöobox-Genen. Er blieb bis an sein Lebensende an den NIH tätig, wo er ein Labor für biochemische Genetik leitete. Nirenberg galt als bescheiden und zurückhaltend und zog die Laborarbeit dem öffentlichen Auftritt vor.
Privatleben und Tod
1961 heiratete Nirenberg die Chemikerin Perola Zaltzman aus Brasilien, die ebenfalls an den NIH forschte. Sie starb 2001. 2005 heiratete er die Psychiatrie-Epidemiologin Myrna M. Weissman. Marshall W. Nirenberg starb am 15. Januar 2010 in New York an Krebs. Er wurde 82 Jahre alt.
Wirkung
Ohne Kenntnis des genetischen Codes wäre die moderne Molekularbiologie undenkbar. Wer heute eine Genmutation untersucht, ein Protein gentechnisch herstellt, etwa Insulin für Menschen mit Diabetes, oder einen mRNA-Impfstoff entwickelt, nutzt das Wörterbuch, das Nirenberg und seine Kollegen zusammengestellt haben. Auch die Diagnose erblicher Krankheiten beruht darauf: Erst mit dem Code lässt sich sagen, wie sich eine veränderte Base auf ein Eiweiß auswirkt.
Nirenbergs Weg zeigt zudem, was ein junger Forscher mit einem klugen, einfachen Experiment erreichen kann. Ein zellfreier Extrakt, eine künstliche RNA aus lauter gleichen Buchstaben und viel Ausdauer genügten, um eine der grundlegenden Fragen der Biologie zu öffnen. Seine handschriftlichen Laborunterlagen bewahrt heute die National Library of Medicine auf.
Der Nobelpreis in Zahlen
Nach den Angaben der Nobelstiftung erhielt Marshall W. Nirenberg den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 1968 zu einem Drittel. Ausgezeichnet wurden in diesem Jahr außerdem H. Gobind Khorana und Robert W. Holley. Die offizielle Begründung lautet im englischen Original: „for their interpretation of the genetic code and its function in protein synthesis“. Als Wirkungsstätte zum Zeitpunkt der Auszeichnung führt die Stiftung die Einrichtung National Institutes of Health in Bethesda, MD, USA. Als Datum der Zuerkennung nennt sie den 16. Oktober 1968. Das gesamte Preisgeld der Kategorie betrug in diesem Jahr 350.000 schwedische Kronen, was nach Berechnung der Stiftung heute etwa 3.859.767 Kronen entspricht. Als Geburtsort verzeichnet die Nobelstiftung New York, NY, USA. Er starb am 15. Januar 2010 in New York, NY, USA. Wenn Sie die Hintergründe der Entscheidung genauer nachvollziehen möchten, lohnt sich ein Blick in die Unterlagen der Nobelstiftung, die neben der Begründung auch Vorträge und biografische Angaben bereithält.
Stand: 29.10.2026