Kryo-Elektronenmikroskopie Chemie-Nobelpreis geht an Entwickler der Kryo-Elektronenmikroskopie

Der Nobelpreis für Chemie geht in diesem Jahr an den gebürtigen Deutschen Joachim Frank, den Schweizer Jacques Dubochet und den Schotten Richard Henderson. Sie entwickelten die Kryo-Elektronenmikroskopie. Sie ermöglicht die hochauflösende Strukturbestimmung von Biomolekülen in Lösung und eröffnete damit völlig neue Möglichkeiten sowohl für die Grundlagen- als auch für die Pharmaforschung.

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Stockholm – Lange Zeit glaubte man, dass Elektronenmikroskope, deren Entwicklung bereits 1986 ebenfalls mit einem Nobelpreis gewürdigt wurde, sich nur für unbelebte Materie eigneten. Ihr starker Elektronenstrahl zerstöre alles biologische Material, so die Annahme. Dass dies ein Irrtum ist, bewiesen die drei Forscher, die nun mit dem diesjährigen Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet wurden.

1990 gelang es Richard Henderson, mit einem Elektronenmikroskop in atomarer Auflösung ein dreidimensionales Bild eines Proteins zu erstellen. „Dieser Durchbruch war der Beweis für das Potenzial der Technik“, so die Nobeljury in ihrer Begründung.

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Joachim Frank machte die Kryo-Elektronenmikroskopie anwendbar

Der 77-jährige Joachim Frank, der in Deutschland geboren wurde und hier promovierte, machte die Technologie grundsätzlich anwendbar. Zwischen 1975 und 1986 entwickelte er eine Methode der Bildverarbeitung, mit der die bis dato unscharfen zweidimensionalen Bilder analysiert und zu einem scharfen dreidimensionalen Bild zusammengefügt werden können.

Jacques Dubochet löste schließlich das Problem, dass Biomoleküle im Vakuum, das bei der Elektronenmikroskopie nötig ist, durch die Evaporation von Flüssigkeiten austrocknen und zusammenfallen. Er brachte sozusagen das Wasser in die Elektronenmikroskopie. Es gelang ihm Anfang der 1980er Jahre, eine spezielle Vitrifikations-Technik zu entwickeln. Er kühlte dazu Wasser so schnell herunter, dass es um eine biologische Probe in seiner flüssigen Form erstarrt. Dadurch behalten die Biomoleküle auch im Vakuum ihre natürliche Form.

Die fortan Kryo-Elektronenmikroskopie genannte Technik wurde in den folgenden Jahren weiter optimiert, die angestrebte atomare Auflösung 2013 erreicht. Wissenschaftler können heute routinemäßig 3D-Strukturen von Biomolekülen erstellen.

Kryo-Elektronenmikroskopie – Erforschung der Moleküle des Lebens

Die Technik eröffnet vollkommen neue Möglichkeiten bei der Beantwortung fundamentaler Fragestellungen von Grundlagenforschung und Medikamentenentwicklung. Die Analyse Antibiotikaresistenz-vermittelnder Proteine von Bakterien für die Entwicklung alternativer Wirkmechanismen oder die Untersuchung der Oberfläche des Zika-Virus für die Identifizierung von Epitopen für die Impfstoffentwicklung sind aktuelle Beispiele.

Durch die Entwicklungen der drei Forscher ist es heute möglich, die „Moleküle des Lebens in ihrer dreidimensionalen Struktur zu erfassen“, heißt es in einer Pressemitteilung der Royal Swedish Academy of Sciences. „Wissenschaftler können heute Biomoleküle mitten in einer Bewegung einfrieren und sie in atomarer Auflösung portraitieren. Diese Technologie hat die Biochemie in eine neue Ära befördert.“

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