Nobelpreisträger: "Ich freue mich, zu meinem alten Leben zurückzukehren"

Interview3. Mai 2015, 17:20
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Eric Betzig hat mit der Fluoreszenzmikroskopie nicht nur eine Quelle für schöne Bilder, sondern auch ein wichtiges Forschungswerkzeug geschaffen

Blau leuchtende Zellkerne, grün strahlende Chromosomen, rot glühende Membranen: Die farbenfrohen Bilder der Fluoreszenzmikroskopie sind nicht nur schön anzuschauen, sie erlauben auch tiefe Einblicke in lebende Zellen. Aus den Lebenswissenschaften sind sie nicht mehr wegzudenken, 2014 wurde der Nobelpreis in Chemie für eine entscheidende Weiterentwicklung der Technik verliehen. Einer der Preisträger ist der US-amerikanische Physiker Eric Betzig – dank seiner Forschung konnte die Auflösungsgrenze, die jahrhundertelang als physikalisches Gesetz galt, umgangen werden. Letzte Woche hielt er auf Einladung des Vienna Biocenters (VBC) und des Instituts für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademien der Wissenschaften (IMBA) einen Vortrag in Wien, am Rande dessen er über Schönheit und Potenzial der Fluoreszenzmikroskopie sprach, aber auch über den Fluch des Nobelpreises.

Standard: Die Fluoreszenzmikroskopie ist nur eine von vielen Methoden, um kleinste Strukturen in Lebewesen sichtbar zu machen. Was ist das Besondere?

Betzig: Bei der Fluoreszenzmikroskopie werden Moleküle verwendet, die selbstständig leuchten, wenn man sie vorher mit Licht einer bestimmten Wellenlänge anstrahlt. Diese Moleküle können in einer Zelle gezielt an ganz bestimmte Strukturen gehängt werden, etwa der DNA, oder Proteine in der Zellmembran. Das hat den Vorteil, dass man diese Strukturen nun isoliert beobachten kann.

Standard: Wie unterscheidet sich Fluoreszenzmikroskopie von Elektronenmikroskopie?

Betzig: Mit Elektronenmikroskopen erreicht man zwar höhere Auflösungen, es werden aber alle Bestandteile der Zelle dargestellt. Das wäre etwa so, als hätte man ein Bild von Wien bei Nacht – solange alle Straßen beleuchtet sind, ist es schwierig, die Kaffeehäuser zu finden. Leuchten aber nur dort die Lampen, kann man sie sofort erkennen. Die Fluoreszenzmikroskopie ist also ein Werkzeug, um mit hoher Präzision nur ganz bestimmte Teile der Zelle sichtbar zu machen. Und sie liefert dabei ausgesprochen schöne Bilder.

Standard: Haben Sie ein Lieblingsmotiv?

Betzig: Die Zellteilung gehört wohl zu den schönsten Vorgängen, die sich mit diesen Geräten beobachten lassen – aber es ist nicht leicht, unter all den Bildern ein Lieblingsmotiv auszuwählen. Das Schönste an der Methode ist ja, dass man dem Leben auf die Finger schauen kann, während es stattfindet. Ich habe den Großteil meiner Karriere mit fixierten, toten Zellen gearbeitet. Als ich dann anfing, Techniken zu entwickeln, um dreidimensionale, fluoreszierende Bilder von lebenden Zellen aufzunehmen, war das Ergebnis wirklich überwältigend. Zu sehen, wie die molekularen Bestandteile trotz ihrer extremen Komplexität perfekt zusammenarbeiten, erscheint mir jedes Mal wie ein Wunder.

Standard: Lassen sich mit der Methode alle Bestandteile einer Zelle beliebig färben?

Betzig: Es gibt bestimmte Einschränkungen. Die fluoreszierenden Farbstoffe sind an sich bereits recht große Moleküle – will man damit sehr kleine, bewegliche, oder sehr eng aneinandergereihte Zellbestandteile markieren, kann der Farbstoff im Weg stehen. Außerdem muss er für die Zelle gut verträglich sein. Durch den gentechnischen Fortschritt der letzten zwanzig Jahre gibt es inzwischen aber eine große Palette an Molekülen, mit denen sich die meisten Strukturen sehr gut markieren lassen.

Standard: Was hat die Gentechnik damit zu tun?

Betzig: Mithilfe der Gentechnik ist es möglich, eine Zelle so umzuprogrammieren, dass sie die fluoreszierenden Moleküle selbst herstellt und mit den Bestandteilen verknüpft, die man beobachten will. Mitte der Neunzigerjahre wurde diese Methode entwickelt: Man hat aus einer Qualle ein Stück DNA entnommen, das den Bauplan für ein grün fluoreszierendes Protein enthielt. Indem man es in das Erbgut einer anderen Zelle einbaute, konnte man deren Proteine ebenfalls zum Leuchten bringen, ohne ihr zu schaden. Den Erfindern dieser Technik bescherte das 2008 den Nobelpreis. Heute gibt es eine große Auswahl an unterschied lichen DNA-Sequenzen, die das ganze Farbspektrum abdecken – von UV-Nähe bis hin zu In frarot.

Standard: Der zweite Nobelpreis für eine Methode der Fluoreszenzmikroskopie ging letztes Jahr an Sie und weitere zwei Physiker für die Umgehung einer bis dahin als unüberwindbar geltenden Auflösungsgrenze. Wie ist Ihnen das gelungen?

Betzig: Diese Auflösungsgrenze wurde bereits im 19. Jahrhundert von Ernst Abbe beschrieben. Sie besagt, dass durch die Lichtbeugung zwei Punkte, die näher aneinanderliegen als etwa die Hälfte der Wellenlänge des verwendeten Lichts, sich nicht mehr voneinander unterscheiden lassen. Sie verschmelzen dann zu einem unscharfen Fleck. So ist das auch in einer Zelle, wenn sich zwei fluoreszierende Strukturen zu nahe aneinander befinden – was in einer Zelle sehr häufig der Fall ist. Die Mikroskope, für die wir den Nobelpreis erhalten haben, umgehen das Pro blem mit zwei unterschiedlichen Methoden.

Standard: Welche sind das?

Betzig: Bei der ersten werden zunächst alle fluoreszierenden Moleküle auf einer markierten Struktur zum Leuchten gebracht, um anschließend die meisten davon wieder auszuschalten. Die wenigen, die übrigbleiben, liefern Lichtpunkte, die viel kleiner sind als die ursprüngliche Auflösung. Die andere Methode funktioniert genau anders herum – man beginnt mit Molekülen in einem Zustand, in dem sie nicht leuchten können, und schaltet dann nur sehr wenige gleichzeitig an. Diese Variante habe ich entwickelt – eines der neuesten Geräte mit dieser Technik wird derzeit hier in Wien am Institut für Molekulare Biotechnology gebaut.

Standard: Welche Entdeckungen konnten mit solchen Mikroskopen gemacht werden?

Betzig: Wirkliche Durchbrüche gab es damit noch nicht – ich denke deshalb auch, dass der Nobelpreis dafür etwas verfrüht verliehen wurde. Die Elektronenmikroskopie, die eine riesige Rolle in der Biologie spielt, wurde erst 53 Jahre nach ihrer Erfindung mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Unsere Methode hat in den letzten zehn Jahren erst damit begonnen, sich in der biologischen Forschung durchzusetzen. Es gab sicher einige bedeutende Entdeckungen, die damit gemacht wurden, wie die Knospung von HIV oder die Organisation bestimmter Sensor-Moleküle in Bakterien. Aber der große Wurf ist damit noch nicht gelungen – vielleicht kommt das noch.

Standard: Als Sie von der Preisverleihung erfuhren, war Ihre erste Reaktion durchwachsen: Sie sagten damals, dass Sie sich zu fünfzig Prozent darüber freuen und zu fünfzig Prozent davor fürchten. Haben sich Ihre Ängste bestätigt?

Betzig: Ja, absolut. Mein Leben hat sich wirklich grundlegend verändert. Natürlich fühle mich einerseits geehrt, ich erfülle auch gern meine Rolle als Botschafter der Wissenschaft. Aber ich bin die Art von Gruppenleiter geworden, die ich immer gehasst habe: ständig unterwegs und nicht mehr im täglichen Kontakt mit seinem Labor. Was mir in meinem Leben vor dem Nobelpreis wichtiger war als alles andere – Zeit mit meiner Familie und Zeit in meinem Labor zu verbringen –, dazu komme ich einfach nicht mehr. Natürlich ist es schön, viel zu reisen und viele Menschen kennenzulernen. Aber ich freue mich schon auf Oktober, wenn die nächsten Preisträger bekanntgegeben werden. Dann kann sich die Öffentlichkeit auf das Frischfleisch stürzen – und ich kann dann wieder zu meinem alten Leben zurückkehren. (Wolfgang Däuble, DER STANDARD, 29.4.2015)

Eric Betzig, Jahrgang 1960, studierte Physik am California Institute of Technology und der Cornell University in New York. Schon während seines Doktorats beschäftigte sich der US-Amerikaner mit Mikroskopiemethoden. Nach einigen Jahren in den AT&T Bell Labs wechselte er in die Maschinenbaufirma seines Vaters, bis diese in Konkurs ging. Arbeitslos arbeitete er auf eigene Faust an hochauflösenden Fluoreszenzmikroskopen, bis ihm 2005 eine Stelle als Gruppenleiter im Janelia Forschungsinstitut in Virginia angeboten wurde. 2014 erhielt er für seine Arbeit an superauflösenden Fluoreszenzmikroskopen gemeinsam mit Stefan Hell und William E. Moerner den Nobelpreis für Chemie.

  • "Zu sehen, wie die molekularen Bestandteile trotz ihrer Komplexität zusammenarbeiten, erscheint mir jedes Mal wie ein Wunder", sagt der Nobelpreisträger Eric Betzig.
    foto: epa/andreas gebert

    "Zu sehen, wie die molekularen Bestandteile trotz ihrer Komplexität zusammenarbeiten, erscheint mir jedes Mal wie ein Wunder", sagt der Nobelpreisträger Eric Betzig.

  • Diese fluoreszenzmikroskopischen Aufnahme zeigt Sternzellen, die von neuronalen Stammzellen einer Maus abgeleitet wurden.
    foto: picturedesk.com/science photo library

    Diese fluoreszenzmikroskopischen Aufnahme zeigt Sternzellen, die von neuronalen Stammzellen einer Maus abgeleitet wurden.

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