Die Versuche von GRIFFITH

Griffith und die Lungenentzündung

Auf der Suche nach einem Impfstoff

Der englische Arzt Frederick Griffith beschäftigte sich 1928 mit den Ursachen der Lungenentzündung, die vor der Erfindung der Antibiotika viele Tausend Todesopfer im Jahr forderte. Der Arzt wollte einen Impfstoff gegen die Lungenentzündung entwickeln.

Die Lungenentzündung wird durch ein kugelförmiges Bakterium mit dem Namen Streptococcus pneumoniae hervorgerufen. Griffith wollte nun einen Impfstoff gegen die Lungenentzündung entwickeln und experimentierte daher mit Mäusen, denen er Streptococcus pneumoniae-Erreger injizierte.

Der Erreger der Lungenentzündung

Streptococcus pneumoniae
Quelle: Wikipedia, Artikel "Pneumokokken"
As a work of the U.S. federal government, the image is in the public domain.

Als er diese Bakterien kultivierte, erkannte er, dass es zwei verschieden Stämme gibt. Ein Stamm bildete auf dem Nährboden kleine glänzende Kolonien, diesen Stamm nannte er dann S-Stamm (nach engl. smooth = glatt). Der andere Stamm bildete auf dem gleichen Nährboden Kolonien, die eher rau aussahen. Griffith nannte diesen Stamm dann R-Stamm (nach engl. rough = rau).

Betrachtet man die Bakterien der beiden Stämme mit einem Mikroskop, so bietet sich folgendes Bild: Die  Zellen des S-Stammes bilden eine aus Polysacchariden bestehende Schleimhülle aus, welche jeweils zwei Bakterienzellen wie einen schützenden Mantel umgibt. Die Bakterien des R-Stammes haben dagegen durch eine Mutation die Fähigkeit verloren, eine Schleimhülle zu bilden.

Die Experimente von Griffith

Jetzt wollte Griffith herausfinden, wie virulent (gefährlich) die beiden Typen sind. Also injizierte er Proben mit den beiden Bakteriensorten in Labormäuse. Die ersten drei Versuche von Griffith kann man ungefähr so beschreiben:

• Versuch 1: Mäuse wurden mit Bakterien vom S-Typ infiziert. Bei diesem Versuch starben alle Versuchstiere an Lungenentzündung. Die Schleimhülle schützte die Bakterien vor dem Immunsystem der Mäuse, die Zellen des Immunsystems und die Antikörper konnten nicht zum eigentlichen Bakterium vordringen und dieses vernichten.
  
  
• Versuch 2: Mäuse wurden mit Bakterien des R-Typs infiziert. Hier überlebten die meisten Versuchstiere. Die Bakterien hatten keine schützende Schleimhülle mehr, und das Immunsystem konnte die Erreger angreifen und unschädlich machen.
  
  
• Versuch 3: Die tödlichen S-Typ-Bakterien wurden stark erhitzt und dadurch abgetötet. Als Griffith Mäusen diese toten S-Bakterien injizierte, überlebten die meisten Mäuse.

Mit diesen an sich schon - für die damalige Zeit - interessanten Ergebnissen gab Griffith sich aber nicht zufrieden. Es ist nicht überliefert, wie er auf die geniale Idee kam, aber er machte weitere Versuche.

• Versuch 4: Die abgetöteten S-Typ-Bakterien wurden zusammen mit lebenden R-Typ-Bakterien in Mäuse injiziert. Hier starben die meisten Mäuse an Lungenentzündung. Im Blut diese Mäuse fand man dann lebende S-Typ-Bakterien.

Die Experimente von Griffith
Autor: Ulrich Helmich 2021, Maus und Spritze aus der Free Objects-Sammlung (CD), Flamme von Pixabay.com.

Griffith wunderte sich sehr über dieses Versuchsergebnis, damit hatte er nicht gerechnet (oder doch?).

Seine Vermutung war nun die folgende: Die S-Typ-Bakterien enthalten eine Erbinformation, welche Lungenentzündung bei Mäusen auslöst (Versuch 1). Durch das Erhitzen der S-Bakterien wird die schützende Schleimhülle vernichtet, so dass die Bakterien vom Immunsystem der Mäuse vernichtet werden (Versuch 3). Die gefährliche Erbsubstanz wird durch das Erhitzen aber nicht zerstört.

Gibt man nun tote S-Bakterien mit lebenden R-Bakterien zusammen (Versuch 4), so wird die Erbinformation der S-Bakterien auf die an sich harmlosen R-Bakterien übertragen. Durch diese Übertragung von Erbinformation werden die harmlosen R-Bakterien zu tödlichen S-Bakterien umprogrammiert. Die R-Bakterien hatten ja die Fähigkeit zur Ausbildung einer schützenden Schleimkapsel durch eine Mutation verloren. Durch die Übertragung der Erbinformation von den S-Bakterien erlangen sie diese Fähigkeit zurück. Die Umwandlung der Bakterien bezeichnete Griffith dann als Transformation.

Ein Jahr später konnten Dawson und Sia diese Transformation auch in vitro (in einem Reagenzglas-Versuch) nachweisen.

James L. Alloway führte die Versuche dann weiter. Er war in der Lage, einen zellfreien Extrakt aus den S-Bakterien zu gewinnen, der ebenfalls in der Lage war, harmlose R-Bakterien in letale S-Bakterien zu transformieren. Um 1933 unternahm Alloway Versuche, die chemische Verbindung zu isolieren, die für diese Transformation verantwortlich ist, aber das gelang erst Avery im Jahre 1944.

Überprüfen Sie sich selbst

Mit Hilfe der tollen Website LearningApps.org habe ich einen Lückentext zu Griffiths Versuchen erstellt, der allerdings schon auf das nächste Thema verweist, die Versuche von Avery, der Griffiths Versuche modifizierte, um herauszubekommen, ob Proteine oder Nucleinsäuren für die von Griffith entdeckte Transformation verantwortlich sind.