Der Nobelpreisträger Henderson zeigt das Modell eines Membranproteins. | Bildquelle: dpa

Chemie-Nobelpreis Tiefe Einblicke ins molekulare Leben

Stand: 04.10.2017 17:45 Uhr

Der Schweizer Dubochet, der gebürtige Deutsche Frank und der Brite Henderson sind mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet worden. Sie entwickelten die Kryo-Elektronenmikroskopie - und machten so Dinge sichtbar, die dem menschlichen Auge vorher verborgen blieben.

Von Britta Thein, NDR

Eigentlich war es bis vor einigen Jahren noch ziemlich unbekannt. Doch dann hatten sich Millionen Menschen mit ihm infiziert: das Zika-Virus. Als dann auch noch der Verdacht aufkam, es sei verantwortlich für die Hirnschäden zahlreicher Neugeborener in Brasilien, versuchten Wissenschaftler, sich ein genaueres Bild zu machen.

Über mehrere Monate hinweg visualisierten sie das Virus - in exakten dreidimensionalen Bildern, atomgenau und mit dem Ziel, Medikamente entwickeln zu können. Die sogenannte Kryo-Elektronenmikroskopie, kurz Kryo-EM, machte es möglich ("kryos": griechisch für Kälte). Doch bis zu dieser Technik war es ein langer Weg.

Jacques Dubochet, Joachim Frank und Richard Henderson hatten alle das eine Ziel: Dinge sichtbar zu machen, die dem menschlichen Auge bis dahin verborgen blieben - trotz Elektronenmikroskopen, Röntgenstrahlen und Magnetresonanz. Jeder der drei Nobelpreisträger leistete einen sehr unterschiedlichen und in jedem Fall unverzichtbaren Beitrag zur Kryo-Elektronenmikroskopie.

Mit Beharrlichkeit ans Ziel

In den 1970er- und 1980er-Jahren legte der in Siegen geborene Joachim Frank den Grundstein. Er entwickelte eine Bildbearbeitungstechnik, mit der er aus zweidimensionalen Aufnahmen eines Elektronenmikroskops dreidimensionale Modelle machen konnte. Aus flachen, unscharfen Bildern wurden scharfe, räumliche Strukturen.

Auch Henderson wollte sich mit den Grenzen der Elektronenmikroskopie nicht abfinden. Nach 15 Jahren Forschung und unzähligen Reisen zu den besten Elektronenmikroskopen der Welt gelang ihm 1990 schließlich der Durchbruch. Er konnte ein atomgenaues Bild eines speziellen Proteins aus der Zellmembran liefern, des Bacteriorhodopsins. Der Schweizer Dubochet schließlich brachte die Technik weiter, indem er ein zentrales Dilemma löste.

Schockfrost für die Biomoleküle

Lange hatte man gedacht, Elektronenmikroskope funktionierten nur bei toter Materie. Zum einen können ihre kräftigen Elektronenstrahlen lebende Strukturen zerstören, zum anderen arbeiten sie mit Vakuum - und das wiederum trocknet die Biomoleküle aus.

Um sie in ihrer natürlichen Struktur zu beobachten, war es also notwendig, diese Hindernisse zu überwinden. Dubochets Lösung: Die zu untersuchenden Biomoleküle bei rund minus 200 Grad Celsius mitten in Aktion schockzugefrieren - und zwar so, dass sich keine Kristalle bilden. Eine schnelle und relativ einfach anzuwendende Methode. Mit ihr können Wissenschaftler in kurzer Zeit unzählige Situationen festhalten und damit zeigen, wie sich beispielsweise Proteine bewegen und miteinander interagieren.

Chemie-Nobelpreis für Entwicklung der Kryo-Elektronenmikroskopie
tagesschau 15:00 Uhr, 04.10.2017, Thomas Hillebrandt / Elena Weidt, SWR

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Neue Chancen, um Krankheiten heilen zu können

Mit dem Kryo-Elektronenmikroskop ist es möglich geworden, jeden noch so verborgenen Winkel einer Zelle in klaren Bildern festzuhalten. Das Unglaubliche dabei ist die Dimension: Das Größenverhältnis der Moleküle in einer Zelle ist in etwa das eines Menschen im Vergleich zum Mond. So gibt es inzwischen ein genaues Bild von der Oberfläche des Zika-Virus, Bilder von Proteinen, die resistent gegen Antibiotika machen oder von einer Salmonelle, die eine andere Zelle angreift.

Der Medizin haben sich so völlig neue Chancen ergeben, die Entstehung und den Verlauf von Krankheiten zu verstehen, die Angriffsmechanismen von Erregern zu entschlüsseln und neue, maßgeschneiderte Medikamente zu entwickeln.

Über dieses Thema berichtete die tagesschau am 04. Oktober 2017 um 15:00, 16:00 und 17:00 Uhr.

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