Tango der Proteine

Tango der Proteine - Wolfgang Baumeister für 3D-Schnappschuss lebender Zellen mit Ernst Schering Preis ausgezeichnet

19. September 2006

Eine neue Perspektive der Zellbiologie hat Professor Wolfgang Baumeister eröffnet: Mit faszinierenden Aufnahmen blitzschnell eingefrorener Zellen kann er Eiweißstrukturen räumlich, also dreidimensional darstellen und daraus sogar Bewegungsabläufe der Moleküle ableiten. Für diese wegweisenden Entwicklungen der so genannten Kryo-Elektronentomographie wird der Direktor des Max-Planck-Instituts für Biochemie in Martinsried mit dem mit 50.000 Euro dotierten Ernst Schering Preis 2006 geehrt. Der von der Schering Stiftung vergebene Preis wird heute von der Bundesministerin für Bildung und Forschung, Frau Dr. Annette Schavan, im Rahmen eines Festaktes im Frank O. Gehry Bau der DZ Bank in Berlin dem Preisträger überreicht.

Wie dringt ein Virus in die Zelle ein, um dort seine fatale Vermehrung zu beginnen? Wie bewegen sich Bakterien und Amöben? Das sind einige der Fragen, die Professor Dr. Wolfgang Baumeister bald ganz genau beantworten kann. Denn mit der von ihm entwickelten Kryo-Elektronentomographie, die auf einer Weiterentwicklung der Elektronenmikroskopie basiert, dringt der Biologe eine neue Dimension der Zellforschung vor: Er kann Tausende winzigster Proteinkomplexe und anderer Strukturen dreidimensional in einer Zelle darstellen. Turbinenähnliche Schleusen (Poren) des Zellkerns zum Beispiel, die einen Kranz blattförmiger Fortsätze hin- und herklappen, um große Eiweißmoleküle in den Zellkern, der Ort der DNA, hinein oder hinaus zu "schieben". Oder Bündel elastischer Fasern, mit deren Hilfe sich das Bakterium Spiroplasma melliferum, ein Krankheitserreger bei Pflanzen und Insekten, schraubenartig drehend vorwärts bewegt.

Bei allen komplexeren Funktionen der Zelle treten viele Moleküle miteinander in Wechselwirkung, zum Beispiel wenn die Zelle auf Außenreize wie Hormone reagiert. "Viele der wichtigen Wechselwirkungen sind äußerst flüchtig, die Moleküle berühren sich quasi nur mit den Fingerspitzen. Mit der Kryo-Elektronentomographie haben wir jetzt die Möglichkeit, solche Kurzkontakte zu studieren", erläutert Baumeister. Dies werde entscheidend zum Verständnis beitragen, wie die Zelle funktioniert. "Unser jüngstes Forschungsergebnis ist ein Atlas, der die Verteilung sämtlicher großer Molekülkomplexe in unserem Modellorganismus, dem Archaeon Thermoplasma acidophilum, darstellt." Für die Zukunft sieht Baumeister auch medizinische Anwendungen: "Langfristig wird man mit der Kryo-Elektronentomographie in der Lage sein, krankhafte Veränderungen im Muster der molekularen Wechselwirkungen zu entdecken. Auch den Einfluss therapeutischer Wirkstoffe auf die Interaktionen von Molekülen wird man beschreiben können."

Als nächstes großes Projekt hat der Grundlagenforscher sich die Verbindungsregion zwischen zwei Nervenzellen, die Synapse, vorgenommen: "Dort passiert richtig viel, so dass wir sicherlich zehn Jahre beschäftigt sein werden." Professor Dr. Jürgen Mittelstraß, Direktor des Konstanzer Zentrums für Philosophie und Wissenschaftstheorie und Vorsitzender des Stiftungsrats der Schering Stiftung, ist überzeugt: "Die von Baumeister entwickelte Technologie hat enormes Potenzial. Seine Arbeiten sind richtungsweisend für das wissenschaftliche Verständnis, wie Leben funktioniert." Baumeister hat den zweidimensionalen Bildern der zellulären "Inneneinrichtung" die mit der herkömmlichen Elektronenmikroskopie aufgenommen wurden, in den vergangen Jahren Tiefe verliehen: Zusammen mit seinem Forschungsteam passte der Leiter der Abteilung Molekulare Strukturbiologie die Technik der medizinischen Computertomographie an das Elektronenmikroskop an. Dabei wird eine Zelle aus verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen. Die Einzelbilder werden dann im Rechner zu einem dreidimensionalen Bild zusammengesetzt. Die lebenden Zellen werden zur Untersuchung blitzschnell eingefroren, dabei erstarren sie in einem glasartigen Eis, das keine Eiskristalle enthält, die die empfindlichen Zellstrukturen zerstören könnten. "So konservieren wir einen natürlichen Zustand der Zelle", erläutert Baumeister. "Sogar die Bewegungen der Proteine sind eingefroren und lassen sich aus mehreren Aufnahmen rekonstruieren. Unschärfen, ausgelöst durch ein winziges Wackeln etwa, kompensiert der Computer", erklärt Baumeister. "Wir teilen die maximale Elektronendosis auf möglichst viele, sehr schwach belichtete Bilder auf, die dann digital verarbeitet werden." Auf diese Weise sind die vielen Einzelbilder desselben Objekts ohne Veränderungen oder Schäden durch die Elektronenstrahlen möglich.

Kurzvita von Professor Wolfgang Baumeister

Professor Dr. Wolfgang Baumeister, Jahrgang 1946, studierte in Münster und Bonn Biologie und promovierte 1973 bei einem der Pioniere der Elektronenmikroskopie in Düsseldorf, Professor Helmut Ruska. Nach seiner Habilitation verbrachte er zwei Jahre als Heisenberg-Stipendiat an der Universität Cambridge. 1983 kehrte er als Arbeitsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried nach Deutschland zurück. Von 1984 bis 1987 war Baumeister außerplanmäßiger Professor in Düsseldorf. Seit 1988 ist der Direktor der Abteilung "Molekulare Strukturbiologie" am Max-Planck-Institut für Biochemie und seit 2000 Honorarprofessor an der Technischen Universität München. Der Wissenschaftler hat zahlreiche Auszeichnungen erhalten, darunter die Otto-Warburg Medaille der deutschen Gesellschaft für Biochemie und Molekularbiologie (1998), den Preis der Genfer Louis-Jeantet Stiftung für Medizin (2003), den Stein and Moore Award der Protein Society, USA (2003), die Schleiden-Medaille der Academia Leopoldina (2005) und den Harvey-Preis des Technion, des israelischen Institute of Technology (2005).

Die Schering Stiftung

Die Schering Stiftung zeichnet Menschen oder Institutionen aus, die im wissenschaftlichen und künstlerischen Bereich Pionierarbeit geleistet haben. Vorbilder aufzeigen, um Inspiration zu geben, so lautet die Idee, die auch mit der jährlichen Verleihung des Ernst Schering Preises umgesetzt wird. Der 1992 von der Der Ernst Schering Preis wurde 1991 von der Schering Forschungsgesellschaft ins Leben gerufen und wird seit 2003 von der Schering Stiftung verliehen. Ausgezeichnet werden exzellente Leistungen auf internationaler Ebene im Bereich biologischer, medizinischer und chemischer Grundlagenforschung. Im Rahmen der Preisvergabe wird Prof. Baumeister am 20. September 2006 um 10:00 Uhr im Gläsernen Labor des Max Delbrück Center for Molecular Medicine (MDC) in Berlin Buch einen Vortrag vor rund 350 Schülern halten, gefolgt von einem öffentlichen Vortrag um 14:00 Uhr. Weitere Informationen zu diesem Vortrag: Prof. Udo Heinemann, E-Mail: heinemann@mdc-berlin.de [Schering Stiftung]

Kontakt:

Dr. Monika Lessl

Schering Stiftung, Berlin

Tel.: +49 30 2062-2960

E-mail: info@scheringstiftung.de

Prof. Wolfgang Baumeister

Max-Planck-Institut für Biochemie, Martinsried

Tel.: 089 8578-2652 oder -2824

Fax: 089 8578-2641

E-mail: baumeist@biochem.mpg.de

 
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