“Die Qualität der Studenten ist enorm gestiegen.”

Edmond Fischer während der 61. Lindauer Tagung. Picture/Credit: Lindau Nobel Laureate Meetings

 

Anlässlich der 65. Lindauer Nobelpreisträgertagung im Jahr 2015, sprach Wissenschaftshistoriker Ralph Burmester mit Nobelpreisträger Edmond Fischer über seine erste Lindauer Tagung und die Entwicklung der Lindauer Tagungen seit den frühen 1990ern. Dieses Interview ist Teil des Buches ‘Wissenschaft aus erster Hand – 65 Jahre Lindauer Nobelpreisträgertagungen’.

 

Ralph Burmester: Was für Erwartungen hatten Sie, als Sie 1993 das erste Mal nach Lindau kamen?

Edmond Fischer: Ich weiß noch genau als ich das erste Mal von Lindau erfuhr. Das muss vor etwa fünfundvierzig Jahren gewesen sein. Ich war mit der Fluggesellschaft TWA auf dem Weg nach Europa, und hinter mir saß George Wald. Im Laufe unserer Unterhaltung erzählte er mir von seinem Reiseziel, einer Stadt namens Lindau am Bodensee, wo Nobelpreisträger vor zahlreichen Studenten Vorträge halten würden. Und ich dachte mir: Das muss doch für junge Forscher ein großartiges Erlebnis sein, in einem so zwanglosen Ambiente einigen der führenden Wissenschaftler unserer Zeit dabei zuzuhören, wie sie über ihre Arbeit sprechen. Es muss doch für die Nobelpreisträger unheimlich bereichernd sein, sich mit begabten Studenten aus der ganzen Welt austauschen zu können. Es ist also kein Wunder, dass ich mit großer Begeisterung zusagte, als mich Graf Lennart und Gräfin Sonja 1992 bei meinem Besuch der Nobel-Preisverleihung in Stockholm einluden.

 

Was war Ihr persönlicher Eindruck der Nobelpreisträgertagungen?

Zusammen mit meiner Frau Bev reiste ich 1993 das erste Mal nach Lindau. Und die Tagung war genauso, wie wir sie uns vorgestellt hatten, und mehr. Wir waren überwältigt vom liebenswürdigen und freundlichen Empfang. Wir wurden alle im Hotel Bad Schachen untergebracht, einem schicken und charmanten, alten Hotel mit wunderschönem Garten am See, und sind oft gemeinsam am Ufer entlang zur Inselhalle spaziert, wo die Tagung stattfand. Etliche Freunde von uns waren dort, und wir trafen viele andere Nobelpreisträger, die wir bisher nur vom Namen her kannten. Die Eröffnungszeremonie war sowohl feierlich und getragen. Aber auch wunderlich, mit den vielen extravaganten Hüten, die Gräfin Sonja im Laufe der Feier vorführte. Und sowohl die Vorträge als auch die anderen Aktivitäten, wie zum Beispiel der Freitagsausflug nach Mainau, waren hervorragend.

 Diese Tagungen werden für sie ausgerichtet, für die Studenten, nicht für die Nobelpreisträger.

Welche Aspekte dieser Tagungen bedeuten Ihnen so viel, dass Sie seit 1993 schon sehr oft teilnahmen?

Die Chance viele Freunde zu treffen, sowohl Freunde aus Lindau als auch andere Nobelpreisträger. Die Gelegenheit frischgekürten Nobelpreisträgern zu begegnen, die ich vorher nicht kannte, und mir ihre ausgezeichneten Vorträge anzuhören. Und natürlich die Aussicht, Studenten aus aller Welt zu treffen und mich mit ihnen zu unterhalten. Diese Tagungen werden für sie ausgerichtet, für die Studenten, nicht für die Nobelpreisträger.

 

Welche Dimension dieser Tagungen bietet Ihrer Meinung nach den größeren Vorteil: die wissenschaftliche oder die soziale Dimension?

Zweifelsohne der wissenschaftliche Beitrag dieser Tagungen. Die sozialen Aktivitäten, die zur Geselligkeit einladen, sind natürlich sehr angenehm, denn sie bieten die Gelegenheit sich mit anderen Leuten auszutauschen und sich zwischen den anstrengenden Programmpunkten zu erholen. Dennoch spielen sie nur eine untergeordnete Rolle im Vergleich zu dem, was sich die Lindauer Tagungen zur Mission gemacht haben, nämlich junge Forscher zu inspirieren, zu motivieren und zu vernetzen.

 

Edmond Fischers Sketch of Science. Picture/Credit: Volker Steger/Lindau Nobel Laureate Meetings

Was für Themen besprechen Sie mit den jungen Nachwuchswissenschaftlern?

Natürlich Themen mit Bezug auf das eigene Fachgebiet. Die Studenten kommen zu dir nachdem sie deinen Vortrag gehört haben und ihnen aufgefallen ist, dass Ausschnitte davon für ihre eigenen Forschungsprojekte von Relevanz sind. Und diejenigen Studenten, die bereits wissenschaftliche Forschung betreiben, brennen natürlich darauf dir zu erzählen womit sie sich beschäftigen.

 

Es wird berichtet, dass sich das wissenschaftliche Niveau seit der interdisziplinären Jubiläumstagung stark verbessert hat, dank dem hiesigen Organisationskomitee. Zudem ist es auch internationaler geworden. Mich würde interessieren, wie Sie diese Entwicklung sehen: War sie für Sie sehr vorteilhaft?

Ja, in der Tat. Die Qualität der Studenten ist enorm gestiegen. Ich kann mich noch gut erinnern als ich vor 20 Jahren eine Gruppe Studenten traf, die nicht mal in der Wissenschaft tätig waren. Sie waren nach Lindau gekommen um Spaß zu haben, um mit Freunden Zeit zu verbringen. Manche von ihnen besuchten keinen der Vorträge und nahmen an keiner Gruppendiskussion teil. Lindau war damals praktisch nicht bekannt. Die Universitäten sowie die Mehrheit ihrer Dozenten hatten noch nie davon gehört, und sie hatten keinen Anreiz, Studenten vorzuschlagen oder ihnen Empfehlungsschreiben auszustellen. Heute hingegen sind die Lindauer Tagungen in der ganzen Welt bekannt, und es findet quasi ein Wettbewerb statt zwischen den verschiedenen Institutionen: denn jede möchte, dass einer ihrer Studenten eingeladen wird. Und sie fühlen sich sehr geehrt, wenn das geschieht.

 

Wie gefallen Ihnen die interdisziplinären Tagungen, die seitdem alle fünf Jahre stattfinden?

Sehr gut. Sie bieten eine gute Gelegenheit mehr über die aktuellen Ereignisse und neuen Entwicklungen in den verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen zu erfahren, und unsere Freunde zu treffen, die in diesen anderen Disziplinen tätig sind. Diese Tagungen gefallen mir sogar am besten.

 

Welche Faktoren tragen Ihrer Meinung nach maßgeblich dazu bei, dass die Lindauer Nobelpreisträgertagungen ein wahrer Erfolg sind?

Hervorragende Vorträge, die wunderschöne Umgebung in Lindau, Bad Schachen und Mainau, und die Wärme, Liebenswürdigkeit und Freundlichkeit mit der wir empfangen werden.

 

Was bedeutet für Sie der ‘Spirit of Lindau’?

Inzwischen fühle ich mich als Teil der Lindau-Familie.

 

Welche Hoffnungen und Erwartungen haben Sie für die Zukunft der Lindauer Nobelpreisträgertagungen?

Sie können nur wachsen. Es ist wie bei einer Oper: Es braucht Jahre bis der Ablauf perfektioniert wird. Meiner Meinung nach werden die Tagungen heutzutage unter der Führung von Sonja und Bettina und mit großer Unterstützung des Lindau-Teams einwandfrei und höchst effizient durchgeführt. Das eingespielte Team sorgt für einen reibungslosen Ablauf. Hinzu kommen die außerordentliche Qualität und das beispiellose Engagement der Studenten

 

 

Der 3D-Code des Genoms

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Der genetische Code besteht aus einer Reihe von Buchstaben, welche die Anleitungen für das normale Wachstum, die Reparatur und die routinemäßigen Abläufe in Zellen buchstabieren. Inzwischen deutet vieles darauf hin, dass die verknäuelte DNA-Struktur einen zweiten Code enthält. Möglicherweise steuern Position und Packungsdichte von Nukleinsäuren, welche Instruktionen zu einem bestimmten Zeitpunkt zugänglich und aktiv sind. Eine beeinträchtigte Genomstruktur könnte unter anderem für Krankheiten wie Krebs und Missbildungen verantwortlich sein.

Damit sie in das Innere einer Zelle passt, vollbringt die DNA eine unglaubliche akrobatische Meisterleistung: Zwei Meter Material werden in einen nur ein paar Mikrometer messenden Zellkern gepresst. Die DNA verdichtet sich eigenständig, indem sie sich zunächst um Histonproteine wickelt und so eine Nukleosomkette bildet, die wie eine Perlenschur aussieht. Anschließend wickeln sich die Nukleosomen zu Chromatinfasern auf, die sich wie Spaghetti in einem Topf verknäueln.

Zur Aufdeckung des strukturellen genetischen Codes untersuchen Forscher das Chromatin von der Nukleotidsequenz bis zur Organisation eines gesamten Genoms. Aufgrund der Entwicklung mikroskopischer Verfahren zur verbesserten visuellen Darstellung der detaillierten Chromatinstruktur – sogar in lebenden Zellen – ist man heute noch besser in der Lage, den Zusammenhang zwischen Strukturveränderungen und Genexpression bzw. Zellfunktion zu erforschen. Die heute möglichen Aufnahmen der Chromatinstruktur helfen bei der Beantwortung einiger der größten Fragen der Genombiologie.

 

Chromatinkompartimente

 Eine vorherrschende Theorie bezüglich der Chromatinstruktur besagt, dass sich Nukleosomen zu 30 nm dicken Fasern aufwickeln, die sich dann zu zunehmend größeren Strukturen zusammenlagern und schließlich Chromosomen bilden. Der Beleg hierfür sind Beobachtungen, nach denen in gereinigter Form aus Zellen gewonnene DNA und Nukleosomen 30 nm bzw. 120 nm dicke Fasern bilden.

 In der Arbeitsgruppe von Clodagh O’Shea am Salk Institute for Biological Studies fragte man sich, wie Chromatin wohl in intakten Zellen aussieht. 2017 entwickelten die Forscher ein Verfahren zur Sichtbarmachung von Chromatin in intakten menschlichen Zellen, die ruhten bzw. sich teilten. Die Forscher beschichteten die Zell-DNA mit einem Material, das Osmiumionen absorbiert, was dazu führt, dass die Nukleinsäure einen Elektronenstrahl besser streuen kann und dadurch in einer elektronenmikroskopischen Aufnahme sichtbar wird. Als Nächstes wendeten sie ein modernes elektronenmikroskopisches Verfahren an, bei dem die Proben schräg in einen Elektronenstrahl gehalten werden und das dreidimensionale Strukturinformationen liefert. Die Forscher stellten fest, dass Chromatin in Form einer semiflexiblen, 5 bis 24 nm dicken Kette vorlag, die in einigen Abschnitten der Zelle dicht und in anderen locker gepackt war.

Neues Verfahren zur dreidimensionalen Darstellung der Chromatinorganisation innerhalb eines Zellkerns (violett): das Chromatin wird mit einem Metall gussbeschichtet und elektronenmikroskopisch (EM) abgebildet. Vorderer Block: Darstellung der Chromatinorganisation; mittlerer Block: elektronenmikroskopische Aufnahme; hinterer Block: Konturlinien der Chromatindichte von gering (cyan und grün) bis hoch (orange und rot). Credit: Salk Institute

“Wir zeigen, dass Chromatin keine klaren Strukturen höherer Ordnung bilden muss, damit es in den Zellkern passt”, so O’Shea. „Es ist die Packungsdichte, die möglicherweise die Zugänglichkeit des Chromatins verändert und begrenzt, indem sie eine lokale und globale Strukturbasis für die Integration verschiedener Kombinationen von DNA-Sequenzen, Nukleosomvariationen und -modifikationen in den Nukleus zur minutiösen Feinabstimmung der funktionellen Aktivität und Zugänglichkeit unserer Genome bereitstellt.“

Neben der Packungsdichte stellt die Position eine weitere Komponente der strukturellen Organisation des Chromatins dar. Es ist bereits seit 30 Jahren bekannt, dass Chromatin Schleifen bildet und so Gene näher zu Sequenzen hinzieht, die ihre Expression regulieren. Der Biologe Job Dekker und seine Mitarbeiter von der University of Massachusetts Medical School in Worcester haben verschiedene molekularbiologische Techniken zur Identifizierung benachbarter, 200.000 bis eine Million Basen langer Chromatinabschnitte entwickelt. Bei einer dieser Techniken, dem sogenannten Hi-C, wird die Chromatinstruktur anhand ihrer Sequenz kartiert.

Bei dem Hi-C-Verfahren wird die Nukleinsäure zunächst mit nahe beieinander liegenden Chromatinabschnitten chemisch vernetzt. Anschließend wird das vernetzte Chromatin mit Hilfe von Enzymen zerschnitten und die losen Enden werden mit einem modifizierten Nukleotid markiert. Danach werden nur vernetzte Fragmente wieder miteinander verbunden. Schließlich isolieren die Forscher die Chromatinfragmente, sequenzieren sie und ordnen die Sequenzen ihrer Position im Gesamtgenom einer Zelle zu.

Im Jahr 2012 identifizierten Bing Ren und seine Mitarbeiter von der University of California, San Diego School of Medicine mittels Hi-C Chromatinregionen, die sie als topologisch assoziierte Domänen (TAD) bezeichneten. Gene in ein- und derselben TAD treten stärker miteinander in Wechselwirkung als mit Genen in anderen TAD, und Domänen, in denen eine aktive Transkription stattfindet, besetzen andere Positionen in einem Zellkern als ruhende Domänen. Veränderte Sequenzen innerhalb einer TAD können zu Krebs und Gliedmaßenfehlbildungen bei Mäusen führen.

Man geht davon aus, dass durch einen Proteinanker gezogene Chromatinschleifen die Grundeinheit einer TAD bilden. In modernen Computermodellen der Chromatinfaltung lassen sich mittels Hi-C beobachtete Wechselwirkungen des Chromatins bei der Schleifenbildung simulieren. Genomforscher sind sich jedoch nach wie vor nicht sicher, welche Proteine an der Schleifenbildung beteiligt sind. Die Beantwortung dieser Frage betrifft eine grundlegende Eigenschaft der DNA-Faltung und könnte auf einen zellulären Krankheitsmechanismus infolge von Mutationen in einem Schleifenverankerungsprotein deuten.

 

Superauflösende Mikroskopie

Moderne Methoden der optischen Mikroskopie, die auf einem Verfahren basieren, für das der Nobelpreis für Chemie 2014 verliehen wurde, liefern ebenfalls Informationen darüber, wie bis zu 100 Basen lange Chromatinregionen die Zellfunktion beeinflussen könnten. Die superauflösende Fluoreszenzmikroskopie verstärkt die Auflösung von Lichtmikroskopen, so dass die Beugungsgrenze bei mehr als 300 nm liegt. Bei dieser Technik werden fluoreszierende Moleküle mit Hilfe eines Lichtimpulses angeregt. Anschließend wird das Licht, das von nicht zentral im Anregungsstrahlengang befindlichen Molekülen emittiert wird, mittels verschiedener Kunstgriffe unterdrückt. Auf diese Weise lassen sich Aufnahmen eines einzelnen fluoreszierenden Moleküls erzeugen.

Biologische Moleküle können jedoch zahlreiche fluoreszierende Marker aufweisen, was die Lokalisation eines Einzelmoleküls erschwert. Mit Hilfe von fluoreszierenden Markern, die sich an- und ausschalten lassen, aktivieren und deaktivieren Forscher Moleküle in bestimmten Regionen zu bestimmen Zeitpunkten. Dann verbinden sie die Aufnahmen und erfassen die Positionen aller Fluoreszenzmarkierungen.

Xiaowei Zhuang und seine Mitarbeiter von der Harvard University verfolgten mittels superauflösender Mikroskopie, wie sich die Chromatinpackung basierend auf epigenetischen Modifikationen veränderte. Ihre Methode lieferte Aufnahmen im Kilo- bis Megabasen-Maßstab; diese Auflösung liegt zwischen der reiner Sequenzinformationen und der weitreichender Wechselwirkungen, die durch Hi-C darstellbar sind, wie zum Beispiel Informationen in Bezug auf Genregulation und -transkription. Dieses Verfahren eröffnet auch die Möglichkeit einer bildgebenden Darstellung von Strukturen im Nanometerbereich in lebenden Zellen.

 

Strukturwörterbuch

 Derzeit arbeiten Forscher auf der ganzen Welt an einem Wörterbuch des strukturellen genetischen Codes in Raum und Zeit und wenden dabei eine Vielzahl von Methoden zur Erfassung statischer und dynamischer Zellveränderungen an. In dem von den National Institutes of Health gegründeten 4D Nucleome Network und dem vom Europäischen Forschungsrat ins Leben gerufenen 4D Genome Project wird das Vokabular der DNA-Strukturelemente ermittelt und untersucht, welche Auswirkungen diese Struktur auf die Genexpression hat. Man ist zudem neugierig, wie sich die Chromatinstruktur im Verlauf der normalen Entwicklung sowie bei Krankheiten wie Krebs und vorzeitigem Altern verändert. Auch wenn bereits viele grundlegende Fragen geklärt werden konnten, so bleibt trotz allem noch viel zu entdecken.

Das alternde Gehirn

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Altern scheint ein unvermeidlicher Teil unseres Lebens zu sein. Jeder Organismus ist offensichtlich mit einer vorgegebenen begrenzten Lebensdauer ausgestattet, die sich zuweilen auf mehrere Jahrzehnte und manchmal nur auf Wochen erstreckt. Einer der Grundsteine für diese Lebenszeit ist die sogenannte „Hayflick-Grenze“. Dieser Begriff geht auf Leonard Hayflick zurück, der in den 1960er-Jahren entdeckte, dass normale menschliche Zellen in der Kultur eine begrenzte Zellteilungskapazität aufweisen. Sobald dieses Limit erreicht ist, geht die Teilungsfähigkeit verloren und beginnt ein Stadium der replikativen Seneszenz – ein eindeutiger zellulärer Marker für das Altern. Auf molekularer Ebene gilt die Telomerenverkürzung als ursächlich für diesen Vorgang. Telomere sind spezielle Regionen an den Enden von Chromosomen. Bei jeder Zellteilung, also Genomreplikation, wird diese Region verkürzt, bis die Replikation schließlich nicht mehr durchgeführt werden kann.

Dieser Ablauf erklärt den grundlegenden molekularen Prozess des Alterns für die meisten Zellarten, nicht jedoch für die Nervenzellen. Denn Gehirnzellen teilen sich überhaupt nicht. Deshalb kann die Hayflick-Grenze nicht der Grund für deren Niedergang sein. Dementsprechend müssten das Gehirn und seine Funktion bis zum Lebensende stabil bleiben. Und doch sind der Verlust von Hirnsubstanzvolumen und der Verlust kognitiver Fähigkeiten bedeutende Kennzeichen des Alterns  – sogar wenn keine eindeutigen neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer dahinterstecken. Zudem scheint nicht jeder von einem altersbedingten Verlust kognitiver Funktionen betroffen zu sein – es gibt etliche Beispiele für Menschen, die im Alter von 80 oder 90 Jahren und darüber hinaus durch ihre kognitive Stärke und ihre hohe Funktionsfähigkeit auffallen. Andere scheinbar gesunde Senioren zeigen dagegen im gleichen Alter starke kognitive Beeinträchtigungen. Wodurch entstehen solche Unterschiede? Was lässt unser Gehirn aufhören zu funktionieren und wie können wir das verhindern?

Beginnen wir mit dem Volumenverlust: Unter „gesunden” Alterungsbedingungen, d. h. ohne neurodegenerative Erkrankungen, hängt der Verlust des Gehirnvolumens eher mit einem Verlust von Verschaltungen als einem Verlust von Zellen zusammen. Mit anderen Worten: Stellen Sie sich einen Flug mit dem Hubschrauber über einen dichten, grünen Laubwald vor. Dabei werden Sie den Boden unter den Baumwipfeln kaum erkennen können. Das ist das junge, gesunde Gehirn. Jahre später fliegt man über denselben Wald und sieht, dass sich die Anzahl der Bäume kaum verändert hat, aber viele von ihnen Äste und Laub verloren haben und der Boden darunter jetzt zu sehen ist.

Ein Verlust von Synapsen und Dendriten könnte die strukturellen (und funktionellen) Veränderungen erklären, die sich im alternden Gehirn vollziehen. Aber warum gehen sie verloren? Kürzlich wurden mehrere molekulare Veränderungen, die seit langem als Seneszenzmarker in sich teilenden Zelllinien verwendet wurden, auch in alternden Neuronen gefunden. So hat man beispielsweise eine Zunahme der mit Seneszenz assoziierten Beta-Galaktosidase-Aktivität und eine altersbedingte Zunahme von DNA-Schäden in alten Mäusehirnen festgestellt. Unter gesunden zellulären Bedingungen ist die Beta-Galaktosidase ein Enzym, das den Zuckerstoffwechsel katalysiert und somit eine entscheidende Rolle in der zellulären Energieversorgung spielt. Wenn auch die zugrunde liegenden Mechanismen nach wie vor nicht aufgeklärt sind, so weiß man, dass dieses Enzym in alternden Zellen akkumuliert. Deshalb ist es ein weithin verwendeter molekularer Marker für seneszente Zellen.  Was seine Ansammlung in Neuronen betrifft, ist aber umstritten, ob diese Veränderungen tatsächlich altersbedingt auftreten. Die sich hinter dem auftretendem DNA-Schaden verbergenden Mechanismen bleiben also ebenfalls unklar, da sie nicht mit dem Verlust der Zellteilungsfähigkeit zu tun haben können.

 

Im Alter gehen Verbindungen zwischen Nervenzellen verloren. Picture/Credit: ktsimage/iStock.com

 

Lässt man die Ursache solcher Veränderungen einmal beiseite, so bleibt doch die Frage: Welche Konsequenzen ergeben sich daraus? Könnten diese Veränderungen der Grund für altersbedingte kognitive Beeinträchtigungen sein? Zumindest, was die Veränderungen in der Galaktosidase-Aktivität betrifft, ist ein solcher Zusammenhang denkbar: Eine erhöhte Aktivität dieses Enzyms führt zu einem niedrigeren pH-Wert innerhalb der Zellen. Das wiederum wirkt sich auf die Funktionsfähigkeit der Lysosome aus – kleine Vesikel mit einem sehr sauren pH, die als „Reinigungstrupp” für verbrauchte oder schlecht funktionierende Proteine in der Zelle fungieren und erstmals vom Nobelpreisträger Christian de Duve entdeckt wurden. Wenn der pH-Wert der gesamten Zelle sinkt, könnte die Funktion der Lysosome beeinträchtigt werden, sodass sich in der Folge unerwünschte Proteine in der Zelle ansammeln. Und wenn die Zelle mit internen Proteinansammlungen beschäftigt ist, leiden darunter ihre nach außen gerichteten Funktionen wie die Signalübertragung und ähnliche Aktivitäten, was schließlich phänotypische Veränderungen wie den kognitiven Abbau verursacht. Auf ähnliche Weise könnten zunehmende DNA-Schäden zu funktionellen Veränderungen führen.

Ein weiterer Grund für die Einbuße vieler synaptischer Verschaltungen im Alter könnte die Tatsache sein, dass wir mit zunehmendem Alter weniger neue Dinge erlernen und erfahren. Um intakt zu bleiben, müssen neuronale Verbindungen auch genutzt werden, andernfalls verkümmern sie.

Wie bei anderen Altersgebrechen scheinen sich auch unsere Lebensweise und die Belastung mit Giftstoffen im Alter auf unsere kognitiven Fähigkeiten auszuwirken. Einer aktuellen Studie zufolge kann selbst ein moderater langjähriger Alkoholmissbrauch in späteren Jahren die kognitive Leistung beeinträchtigen. Allerdings hebt eine am Albert Einstein College of Medicine in New York laufende Studie auch die Bedeutung ‘guter’ Gene hervor. Beim Longevity Genes Project werden über 600 sogenannte Super-Ager, die über 90 Jahre alt sind, mit dem Ziel untersucht, bestimmte Gene zu identifizieren, die ein gesundes Altwerden fördern. Laut Studienleiter Nir Barzilai besteht das Ziel darin, spezielle Arzneimittel zu entwickeln, die auf diesen Genen basieren und den Alterungsprozess aufhalten oder zumindest verlangsamen können.

Neben bestimmten Genen mit offensichtlich positiven Effekten aufs Altern, gibt es noch etwas, was den Alterungsprozess und seine unangenehmen Begleiterscheinungen wie etwa Haarverlust, zurückgehender Muskeltonus oder die Verschlechterung der kognitiven Leistungsfähigkeit sogar rückgängig machen kann: das Blut der Jungen. Forscher der Stanford University zeigten 2014 mit einer aufsehenerregenden Studie, dass bei alten Mäusen, die körperlich und kognitiv beeinträchtigt sind, Infusionen mit dem Blut jüngerer Mäuse die Auswirkungen des Alterns zumindest teilweise abschwächen können. Nach einer solchen Behandlung absolvierten die alten Mäuse kognitive Aufgaben schneller und genauer, hatte sich ihr Muskeltonus verbessert und zeigten sich sogar Fellverbesserungen. Seitdem versuchen Tony Wyss-Coray, der leitende Wissenschaftler dieses Projekts, und seine Kollegen, die spezielle Komponente zu identifizieren, die diese Verbesserung bewirkt. Mit seinem Startup-Unternehmen Alkahest hat er 2017 sogar eine sehr kleine Studie an Menschen durchgeführt, bei der sich – nicht zuletzt – erwies, dass die Behandlung mit jungem Blut unbedenklich war. Im Rahmen dieses Versuchs verabreichten die Forscher  Patienten mit einer leichten bis mäßigen Form der Alzheimer-Krankheit vier Wochen lang Blutplasma (Blut ohne rote Blutkörperchen) von jungen Spendern. Bei der Behandlung traten zwar keine Nebenwirkungen auf, aber es zeigten sich auch keine Besserungen der Patienten in kognitiven Tests. Die Mechanismen, die der Alzheimer-Demenz zugrunde liegen, unterscheiden sich allerdings auch von denen, die für den kognitiven Abbau bei gesund alternden Menschen verantwortlich sind. Demzufolge könnten kognitiv beeinträchtigte, aber ansonsten gesunde alte Menschen möglicherweise tatsächlich stärker von solchen Infusionen profitieren.  

Inzwischen wissen wir zwar viel mehr über altersbedingte strukturelle, zelluläre und molekulare Mechanismen, die zum Abbau kognitiver Fähigkeiten führen können, aber ein spezifischer und übergeordneter „Übeltäter“ konnte bisher nicht identifiziert werden. Dennoch arbeiten Wyss-Coray, Barzilai und andere weiter daran, ein Heilmittel gegen den altersbedingten kognitiven und körperlichen Abbau zu finden – in der Hoffnung, den Prozess des Alterns von einer Unvermeidbarkeit des Lebens zu einem unbedeutenden Fehler zu machen, der behoben werden könnte.   

Die Freude am Entdecken

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Bernard L. Feringa

Nur wenige Ereignisse in der Karriere eines Wissenschaftlers hinterlassen einen so bleibenden Eindruck wie die Lindauer Nobelpreisträgertagung. Gräfin Bettina Bernadotte und die Mitarbeiter der Geschäftsstelle des Kuratoriums begrüßen hunderte junge Nachwuchswissenschaftler aus aller Welt an diesem wunderschönen Ort am Bodensee und laden sie zum Austausch mit Nobelpreisträgern ein. Weit mehr als in meiner täglichen Freude an der Entdeckung der molekularen Welt habe ich dort die Begeisterung und die stimulierende Atmosphäre wahrgenommen, die durch die Gespräche mit so vielen begabten jungen Menschen entsteht. Die Vorträge von hervorragenden Nobelpreisträgern, die sich mit unterschiedlichen Aspekten unserer Disziplin und weit darüber hinaus beschäftigt haben, waren ebenso anregend und boten vielfältige Möglichkeiten, neue Fenster in unsere gemeinsame Zukunft zu öffnen. Diese unvergessliche Veranstaltung, die sich durch eine perfekte Organisation und eine zuvorkommende Behandlung auszeichnet, lässt selbst die jüngsten Teilnehmer stolz darauf sein, Wissenschaftler zu sein. Die zahlreichen Diskussionen mit den Studenten haben mich lebhaft an meine eigene Zeit als junger Wissenschaftler erinnert – das Staunen über und die Leidenschaft für die Chemie, aber auch der Kampf mit den Entscheidungen. Welches sind die wichtigsten Themen der Zukunft? Welche Richtung soll man einschlagen? Wie geht man mit den unwegsamen, verschlungenen Wegen der Entdeckungsreise um? Wie findet man die Balance im eigenen Leben? Wie lassen sich die Ratschläge eines Helden des eigenen Forschungsgebiets auf die persönliche Wirklichkeit übertragen? Und wie findet man das richtige Verhältnis zwischen Wissen und Intuition? Es hat mir eine große Freude bereitet, den Beginn der wissenschaftlichen Reise dieser Menschen zu erleben und meine persönlichen Erfahrungen an diese wagemutigen und ambitionierten jungen Frauen und Männer weitergeben zu können.

Nur wenige Ereignisse in der Karriere eines Wissenschaftlers hinterlassen einen so bleibenden Eindruck wie die Lindauer Nobelpreisträgertagung.

Die Möglichkeit, durch intensive Gespräche mit Teilnehmern aus aller Welt für die allgemeinen Werte der Wissenschaft eintreten zu können – unsere Verantwortung für die Menschheit und die wichtige Rolle, die die ‘Qualität des Denkens’ in der wissenschaftlichen Ausbildung spielt –– ist für mich einer der wesentlichen Schätze der Lindauer Tagungen. Das erstreckt sich auch auf die vielen Gelegenheiten des Kontakts zur Presse, bei denen man die Schönheit und die Kraft der Chemie als zentraler Naturwissenschaft und die wichtige Rolle aller jungen Nachwuchstalente, die in Lindau zusammentreffen, im Sinne ihres maßgeblichen Beitrags zur Erfindung unserer Zukunft hervorheben kann. Die enormen Anstrengungen der Organisatoren von Lindau, die Community auf breiter Ebene anzusprechen, verdienen Beifall. Die inspirierenden Vorträge und die gesellschaftlichen Events auf hohem Niveau, wie etwa der bezaubernde ‘Mexikanische Abend’, boten uns die richtigen ‘Flügel’, um gleichsam durch diese herrliche Woche zu fliegen.

 

Ben Feringa with young scientists during the 67th Lindau Metting. Photo/Credit: Julia Nimke/Lindau Nobel Laureate Meetings

Ben Feringa mit Nachwuchswissenschaftlern während der 67. Lindauer Tagung. Photo/Credit: Julia Nimke/Lindau Nobel Laureate Meetings

 

Das absolute Highlight der Veranstaltung war für mich das fast zweistündige Diskussionsforum mit einer großen Gruppe von Studenten. Die Themen reichten dabei von persönlichen Höhepunkten über entscheidende Momente meiner Karriere bis hin zu herausfordernden Fragen des Publikums zur Zukunft unserer Disziplin. Die Erfahrungen, die die Studenten aus verschiedenen Kontinenten einbrachten, machten diese spezielle Begegnung zu einer intensiven Erfahrung des Voneinanderlernens. Für mich war das ein schönes Beispiel für das Wesen der Wissenschaften, nämlich Fragen stellen und in eine wissenschaftliche Debatte einsteigen. Es hat mir viel Freude bereitet, mit den Studenten meine Sichtweise darüber zu teilen, wie man sein Talent als Wissenschaftler entdeckt: „Vertrauensvoll den eigenen Träumen folgen, da man dann genau das entdecken kann, was einem viel Energie gibt, und die eigenen Grenzen in diesem Abenteuer des Unbekannten jenseits des aktuellen Horizonts erkennen.”

Die Entdeckungsfreude der Studenten, sowohl auf wissenschaftlicher als auch auf persönlicher Ebene, die während der Woche in Lindau in all ihren Facetten zu erleben war, wird den weiteren Weg dieser jungen Chemiker nachhaltig prägen. Die Lindauer Tagungen schaffen ein hervorragendes „Laboratorium“ für junge Talente, den Gestaltern unserer Zukunft.

 

Diesen und weitere Berichte über die 67. Lindauer Tagung finden sich im Jahresbericht 2017.

 

Eine Chance, die man nutzen muss

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Ich muss gestehen, dass mich die Aussicht, an der 6. Lindauer Tagung der Wirtschaftswissenschaften teilzunehmen, sehr eingeschüchtert hat. Mehr als zwanzig der klügsten Köpfe in der Geschichte würden zusammen mit Hunderten der begabtesten Nachwuchswissenschaftler auf einer Insel verbringen – ich fühlte mich wie ein blinder Passagier auf einer exklusiven Kreuzfahrt und fragte mich, wie in aller Welt es mir gelingen sollte, mich an den Gesprächen zu beteiligen, ohne als Blender entlarvt zu werden.

 

David Smerdon (right) with Countess Bettina Bernadotte and laureate Jean Tirole. Picture/Credit: Lisa Vincenz-Donnelly/Lindau Nobel Laureate Meetings

Gräfin Bettina Bernadotte, Nobelpreisträger Jean Tirole und David Smerdon. Photo: Lisa Vincenz-Donnelly/Lindau Nobel Laureate Meetings

 

Doch im Nachhinein waren meine Befürchtungen unbegründet. Schon bei den allerersten Kontakten nach der Ankunft am Flughafen war jeder, dem ich begegnete, engagiert, aufgeschlossen und vor allem freundlich. Mit Nathan aus Chicago fachsimpelte ich auf der Taxifahrt vom Flughafen darüber, wie sich die Qualität von Lehrkräften am besten messen lässt, und wir tauschten Geschichten über die Kämpfe auf dem Jobmarkt aus. Nach einer Begegnung mit Veronika, einer Physikerin aus Russland, staunte ich über das, was ich über die Entwicklungen in der Finanzierung des Klimaschutzes erfahren hatte. Später beim Abendessen saß ich Banji gegenüber, der mich über die Folgen der nigerianischen Handelspolitik auf die Energiemärkte aufklärte, während mir Eleni von den ersten Ergebnissen einer Pilotstudie zum Bargeldtransfer in Äthiopien berichtete. Im Bus führte mich Roxana aus Rumänien in eine Form der Ökonometrie ein, von deren Existenz ich bis dahin nichts gewusst hatte. Als ich an diesem Abend todmüde ins Bett fiel, war mein Notizbuch bereits voll mit flüchtig festgehaltenen Notizen über die Menschen, denen ich begegnet war, und die geführten Gespräche – und dabei hatte das offizielle Programm noch nicht einmal begonnen.

Es waren dann die Begegnungen mit den Nobelpreisträgern selbst, die mich wirklich überraschten. Ich hatte ja erwartet, dass diese angesehenen Staatsmänner freundlich und zuvorkommend sein würden – was sie auch waren – aber ich hatte nicht erwartet, dass sie soweit über ihre offiziellen Pflichten (mir fällt kein besseres Wort ein) hinausgehen würden. Die Laureaten waren nicht nur unermüdlich bereit, auf unsere zahllosen übergriffigen und unterwürfigen Selfie-Wünsche einzugehen, sondern suchten aktiv den Kontakt zu uns auf intellektueller Ebene und führten bei jeder möglichen Programmpause anregende Gespräche mit unterschiedlichen Gruppen von Wissenschaftlern. Sie ermutigten uns geradezu dazu, die großen Fragen zu stellen, sei es nun zu ihrer Arbeit, unseren eigenen Karrieren oder dem Stand der Wissenschaft selbst. Sie hörten sich unsere Ansichten an, und das nicht in einer herablassenden Attitüde oder mit perfekt herausgearbeiteten Gegenargumenten, sondern in einer Haltung des echten Interesses. Ihre intellektuelle Ausstrahlung war kaum zu ignorieren. Aber dennoch zeigten uns die Laureaten bei mehreren Gelegenheiten auch ihre menschliche Seite und bewiesen beispielsweise, dass sie auch mal gerne feiern (wer hätte gewusst, dass sie so tanzen können?). Ein Ratschlag, der sich für mich wie ein roter Faden durch alle Empfehlungen der Nobelpreisträger zog, war ihr aufrichtiger Wunsch, dass junge Wirtschaftswissenschaftler relevante, die Lebensbedingungen verbessernde Forschungsthemen aufgreifen, statt sich lediglich am klassischen Veröffentlichungsmarathon zu beteiligen. Als jemand mit politischem Hintergrund und deshalb eher ein ‘Spätentwickler’ in der Welt der Wissenschaft hat mir diese Warnung sehr gut gefallen – obwohl man solche Botschaften mit einem Nobelpreis im Rücken natürlich auch leichter austeilen oder gar befolgen kann… Gleichwohl stellte ich fest, dass dieser Idealismus auf Resonanz bei meinen Forscherkollegen stieß, und so war es auch eine besondere Freude, ihren Präsentationen und den Anmerkungen der Nobelpreisträger in den Parallelveranstaltungen zu folgen – ganz zu schweigen von den vielen angeregten Gesprächen, die wir beim Essen, in den Kaffeepausen und sogar beim Schwimmen im See führen konnten. Allein aufgrund dieser kurzen Forschungseinblicke konnte man sich vorstellen, einige von ihnen irgendwann in Zukunft selbst vor dem schwedischen König stehen zu sehen.

Ich hätte diesen Positivismus in einem Raum voller Wirtschaftswissenschaftler nicht erwartet.

Besonders genossen habe ich den Austausch mit Menschen aus ganz anderen Forschungsgebieten als meinem – einschließlich, wohlgemerkt, die Begegnungen mit anderen Teilnehmern wie den Partnern der Nobelpreisträger und der Wissenschaftler, Mitgliedern des Lindauer Kuratoriums und Mitarbeitern der Geschäftsstelle sowie Industriepartnern. In der knallharten Welt der Wissenschaften kann man sich so leicht in den engen Silos verlieren, in denen wir uns heute spezialisieren. Deshalb war es ein unerwartetes Vergnügen, solch anregende Debatten führen zu können, die alle Bereiche der Wirtschaft und der Politik miteinander kombinierten, um sich auf Probleme der echten Welt zu konzentrieren (ich hatte wirklich vergessen, dass Makroökonomie Spaß machen kann). Noch wichtiger war die Entdeckung, dass offensichtlich eine gemeinschaftliche Motivation unter den Wissenschaftlern besteht, unsere Arbeit möge auf gewisse Weise von Bedeutung für die ‘Welt da draußen’ sein und dass es die Investition, die wir selbst und andere in unsere Ausbildung gesteckt haben, verdient, durch relevante Beiträge zur Verbesserung der Lebensbedingungen zurückgegeben zu werden. Um ehrlich zu sein, hätte ich diesen Positivismus in einem Raum voller Wirtschaftswissenschaftler nicht erwartet. Aber wenn ich jetzt darüber nachdenke, ist das wohl genau das, worum es bei den Lindauer Tagungen eigentlich geht.

Es war irgendwie traurig, Lindau nach dieser kurzen, aber bewegenden Zeit wieder verlassen zu müssen. Klar, ich habe mich eine Woche lang fast nur durch Koffein und kurze Nickerchen wachgehalten, das Erste-Hilfe-Zelt zweimal aufsuchen müssen und am Ende fehlten mir auch saubere Socken. Aber die Lindauer Tagung war, man verzeihe mir das Klischee, ein unvergessliches Erlebnis. Ich kam mit einer überfüllten Mappe mit Vortagsnotizen, auf Servietten gekritzelten Forschungsideen und zerknitterten Visitenkarten von Wissenschaftlern und anderen Teilnehmern nach Hause zurück – das alles dank der wunderbaren Gelegenheit, die die Stiftung und das Kuratorium für die Tagungen der Nobelpreisträger in Lindau uns geboten haben. Eine Chance, die ich nicht ungenutzt lassen werde.

Neben Nobelpreisträger Jean Tirole hielt David Smerdon eine Abschiedsrede bei #LiNoEcon.

 

Diesen und weitere Berichte über die 6. Lindauer Tagung der Wirtschaftswissenschaften finden sich im Jahresbericht 2017.

Gestochen scharfe Bilder von Molekülen

Die Nobelpreise werden traditionell am 10. Dezember verliehen, dem Todestag von Alfred Nobel. Entsprechend findet die Nobel-Woche in Stockholm um dieses Datum herum statt. Auch die drei Chemienobelpreisträger werden dort erwartet: Jacques Dubochet, Richard Henderson und Joachim Frank. Sie werden für ihre Beiträge zur Entwicklung der Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) geehrt. Auch wenn die drei Preisträger sehr verschieden sind, so haben sie doch, neben ihrer erstklassigen Forschung, eines gemeinsam: Alle sind im Laufe ihrer Karriere von zahllosen Kollegen gefragt worden, weshalb sie sich mit einem aussichtslosen Thema wie der Kryo-EM für Moleküle befassen – doch manchmal zahlt sich Beharrlichkeit eben aus.

Der Schweizer Jacques Dubochet bezeichnet sich auf seiner Website als „erster offizieller Legastheniker des Kanton Vaud – was mir erlaubte, in allen Fächern schlecht zu sein“. Während seiner Schulzeit wurden die Folgen seiner Leseschwäche wohl so gravierend, dass seine Eltern ihn schließlich auf ein Internat schickten, damit er die Matura bestand. Auf einer spontanten Pressekonferenz am 4. Oktober 2017, an dem die Chemienobelpreise verkündet wurden, fragte er die anwesenden Journalisten: „Ich war ein sehr schlechter Schüler (…) und jetzt habe ich also den Nobelpreis gewonnen. Noch irgendwelche Fragen?“ Alle lachten. Man merkt schnell: Dubochet ist immer für Scherze zu haben.

Noch eine kleine Begebenheit: Mitte November nahm Dubochet an einer Konferenz des EMBL in Heidelberg teil. An diesem Institut hatte er alle entscheidenden Schritte auf dem Weg zur Herstellung von ‘amorphem Eis’ entdeckt. Dieses Eis ist nicht-kristallin und verhält sich damit wie Glas. Eine Vorbereitung der Proben hiermit ist sein Beitrag zur Kryo-EM. Als Dubochet nun eines der EMBL-Labore betrat, stand dort ein Kryo-Elektronenmikroskop. Der frischgebackene Nobelpreisträger scherzte: „Das hier ist eine wundervolle Maschine, aber ich habe vergessen, was sie tut.“ Alle lachten, schließlich sprach hier einer der Pioniere dieser Technik.

 

Der Biophysiker Jacques Dubochet (Mitte) mit Gábor Lamm (links) und Gareth Griffiths bei der Verleihung des Lennart Philipson Award 2015 am EMBL in Heidelberg. Foto: EMBL Alumni Association

Der Biophysiker Jacques Dubochet (Mitte) mit Gábor Lamm (links) und Gareth Griffiths bei der Verleihung des Lennart Philipson Awards 2015 am EMBL in Heidelberg. Foto: EMBL Alumni Association

 

Eine der größten Herausforderungen der Kryo-EM war die Tatsache, dass die natürliche Umgebung der meisten Biomoleküle Wasser ist, Wasser aber im Vakuum des Elektronenmikroskops verdampft. Wenn man die Probe nun gefriert, um das zu vermeiden, entstehen Eiskristalle, die sowohl die Probe verändern als auch das Bild verzerren. Dubochet entwickelte nun einen Trick: Er gefror seine Proben so schnell, dass sich darin keine Kristalle bilden konnten. Damit wurde es möglich, Moleküle in ihrer natürlichen Umgebung und ihrer normalen Ausrichtung darzustellen.

Nun ist Dubochet fraglos ein exzellenter Forscher, er hat jedoch noch viele andere Interessen und Stärken. „Er hat ein unglaubliches Talent, das Publikum in seinen Bann zu ziehen“, sagt sein ehemaliger EMBL-Kollege und langjähriger Freund Marek Cyrklaff. „Und er hat seine ganz eigene Denkstruktur, fast als wohnten zwei völlig verschiedene Denker in einem einzigen Körper“, fährt Cyrklaff fort. „Einerseits ist er ein beinharter Physiker, andererseits ein Weltklasse-Philosoph. Letzterer erlaubt ihm, kühne Visionen zu entwickeln, der Erstere wiederum ermöglicht ihm, diese Ziele auch zu erreichen.“

Außerdem ist er spontan, unkonventionell und „er lehnt alle Dogmen ab, egal ob in der Forschung oder in der Politik.“ Während seiner zwanzig Jahre an der Universität Lausanne hat er, in seinen eigenen Worten, „eine Menge Mühe in den Studienplan des neuen Fachs ‘Biologie und Gesellschaft’ gesteckt. Das ist nicht irgendein Zusatzangebot: Das ist ein eigenes Kernprogramm“, erklärt er am Telefon Adam Smith von der Nobelstiftung. „Es ging darum sicherzustellen, dass unsere Absolventen ebenso gute Bürger wie Biologen werden.“ Dubochet unterrichtet das Studienfach weiterhin, und es liegt ihm sehr am Herzen. Er sitzt auch im Gemeinderat seines Wohnortes Morges; und am 4. Oktober, nachdem sich die erste Aufregung ein wenig gelegt hatte, ging er zur Gemeinderatssitzung.

 

Richard Henderson bezeichnet seine Herkunft selbst als 'schottischen Jungen vom Land'. Er forscht am MRC Laboratory of Molecular Biology in Cambridge nun seit über 50 Jahren.

Richard Henderson bezeichnet sich selbst als ‘schottischen Jungen vom Land’. Er forscht am MRC Laboratory of Molecular Biology in Cambridge seit über 50 Jahren. Foto: MRC-LMB

Richard Henderson nahm im November 2017 an derselben EMBL-Konferenz in Heidelberg teil wie Dubochet. Zu Ehren der frisch gekürten Nobelpreisträger hielt Werner Kühlbrandt, Direktor am Max-Planck-Institut für Biophysik, eine Rede, in der er von der gemeinsamen Zeit mit Henderson am MRC Laboratory of Molecular Biology (LMB) in Cambridge berichtete. „Richard ließ keine Gelegenheit verstreichen, um sich zu treffen und auszutauschen“, erinnert sich der ehemalige LMB-Doktorand. „Diese Diskussionen wurden auch gerne über Mittag fortgesetzt, Richard kritzelte dann Schaubilder oder Gleichungen auf die umliegenden Papierservietten.“ Auch Marek Cyrklaff erinnert sich an häufige Debatten auf dem Flur: „Henderson war selten in seinem Büro anzutreffen, meist stand er vor seinem Büro auf dem Flur und diskutierte mit allen, die vorbeikamen, über ihre Arbeit.“

Wenn sich jetzt einer fragt, wann die LMB-Forscher ihre bahnbrechenden Entdeckungen gemacht haben, dann lautet die Antwort laut Kühlbrandt schlicht: „Fast den ganzen Tag haben sie miteinander über ihre Arbeit diskutiert. Doch anschließend arbeiteten sie richtig hart, über viele Stunden und weit in die Nacht hinein“, um ihre Projekte voranzubringen.

Früher dachte man lange, dass Elektronenmikroskope nur für tote Materie geeignet sei, weil der starke Elektronenstrahl lebende Proben zerstört, und weil alle biologischen Proben im Vakuum austrocknen. Bereits in den frühen 1970er Jahren begann Henderson, sich diesen Herausforderungen zu stellen: Er verwendete einen schwächeren Elektronenstrahl und präparierte seine Proben mit Glukosesirup, damit sie nicht austrockneten. 1975 konnte er endlich die Grobstruktur eines Membranproteins nachweisen, 15 Jahre später folgte dann ein dreidimensionales atomares Modell.

Als Richard Henderson vor wenigen Jahren nach der irrigsten Vorstellung gefragt wurde, die sich die Leute von seiner Arbeit machten, antwortete er spontan: „Dass Kryo-EM eine langweilige Technik sei – für mich ist sie so etwas ähnliches wie eine Kunstform.“

 

Joachim Frank kam in Deutschland zur Welt, studierte in Freiburg und München und zog in den 1970er Jahren in die USA. Foto: Columbia University

Joachim Frank kam in Siegen zur Welt, studierte in Freiburg und München und ging in den 1970er Jahren in die USA. Foto: Columbia University

Apropos Kunstformen: Joachim Frank ist nicht nur ein Weltklasseforscher, sondern auch Autor und Fotograf. Auf seiner Website ‘Franx Fiction‘ kann man eine Auswahl seiner publizierten Gedichte und Kurzgeschichten finden, drei unveröffentlichte Romane liegen in der Schublade. Unter dem Blogbeitrag ‘Nobel Prize‘ beschreibt er beispielsweise, wie ihn kürzlich ein Fremder in der New Yorker U-Bahn erkannte und erstaunt fragte: „Warum fahren Sie denn noch U-Bahn?“ Doch der größte Vorteil des Nobelpreises ist aus Franks Sicht, dass er keine Übersichtsartikel mehr schreiben muss: „Im Grunde erledigt man solche Aufträge doch nur, um die Wahrscheinlichkeit, jemals einen Nobelpreis zu bekommen, minimal zu erhöhen. Doch den habe ich jetzt bereits.“

In einem ausführlichen Interview mit der österreichischen Zeitung Der Standard, das drei Tage vor der Bekanntgabe des Chemienobelpreises erschien, erklärt Frank, weshalb er gerne fiktionale Texte schreibt: „Es geht mir dabei darum, Balance in meinem Leben zu halten. Ohne das Schreiben würde ich mich sehr abgeschieden fühlen. Die Welt ist ein unglaublicher schöner und komplexer Ort, und die Wissenschaft bietet nur einen begrenzten Zugang zu diesem. Auch hat die Wissenschaft sehr strenge Regeln, die dafür sorgen, dass Gefühle herausgehalten werden. Ich würde nicht zulassen, dass Gefühle die Wissenschaft unterwandern, daher habe ich mich entschieden, mein Leben auszubalancieren, indem ich auch völlig andere Dinge tue wie fotografieren und fiktionale Texte schreiben.“

In seiner Forschungsarbeit entwickelte Frank eine innovative Bildbearbeitungsmethode, mit der es gelang, aus den damals noch recht verschwommenen, zweidimensionalen Elektronenmikroskop-Aufnahmen vieler gleicher Moleküle eine klare dreidimensionale Struktur abzuleiten. Hierfür entwickelte sein Team am Wadsworth Center das Computerprogramm SPIDER und erreichte damit unter anderem detaillierte Bilder von Ribosomen.

Joachim Frank erhielt 2014 die Benjamin-Franklin-Medaille für Lebenswissenschaft. In einem Video des Franklin-Instituts wird deutlich, dass seine wissenschaftliche Arbeit umgekehrt auch seine künstlerische Wahrnehmung schärft. Frank erzählt darin, wie er eines Tages durch den Wald fuhr und plötzlich dachte, „in jeder Zelle jedes Blattes an jedem Baum befinden sich Ribosomen, die gerade genau das machen“, und er zeigt mit den Händen eine Bewegung der Ribosomen, die er selbst entdeckt hatte. „Und mir wurde plötzlich klar, dass ich in diesem Moment der einzige Mensch auf der ganzen Welt war, der genau diese Erkenntnis hatte.“

Joachim Frank, Richard Henderson und Jacques Dubochet werden sich am 8. Dezember in Stockholm treffen, wo sie ihre Nobel-Vorträge halten, und zwei Tage später dann wieder bei der Nobelpreisverleihung – es wird eine unvergessliche Woche.

 

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Die Auflösung von Elektronenmikroskopen hat sich in den letzten Jahren dramatisch verbessert. Anfangs machte sie vor allem ‘Blobs’ sichtbar und heute kann sie Proteine in fast atomarer Auflösung visualisieren. Aus diesem Grund kürte das Magazin Nature Kryo-EM als Methode des Jahres 2015. Illustration/Credit: Martin Högbom/The Royal Swedish Academy of Sciences

 

Darmbakterien und unsere innere Uhr

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Bereits im 18. Jahrhundert fand der Astronom Jean Jaques d’Ortous de Mairan heraus, dass Pflanzen auch dann ihrem Biorhythmus folgen, wenn sie über Nacht in einen dunklen Raum gestellt wurden. Das ließ die Existenz einer inneren Uhr vermuten, die unabhängig von der Wahrnehmung der Umweltfaktoren, die zwischen Tag und Nacht unterscheiden, funktioniert. Später fanden Forscher heraus, dass nicht nur Pflanzen, sondern auch andere Organismen, so auch der Mensch, über einen Biorhythmus verfügen. Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Young, die Nobelpreisträger für Physiologie oder Medizin 2017, entschlüsselten die molekularen Mechanismen, die diese innere Uhr ticken lassen mithilfe von Fruchtfliegen.

Die Bedeutung dieser Erkenntnisse wurde damals unterschätzt. Heute wissen wir jedoch, dass viele Aspekte unserer Physiologie in hohem Maße von unseren Biorhythmen beeinflusst werden. Unsere innere Uhr regelt unser Schlafmuster, unsere Ernährungsgewohnheiten, unseren Hormonspiegel sowie den Blutdruck und die Körpertemperatur zu unterschiedlichen Tageszeiten. Sie passt sich dabei kontinuierlich an die gleichlaufenden Veränderungen in der Umwelt an, die sich während der Drehung der Erde um ihre eigene Achse vollziehen. Störungen des Biorhythmus wurden mit einem erhöhten Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs in Zusammenhang gebracht. Faszinierende neuere Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass die Anpassung an einen 24-Stunden-Rhythmus nicht auf Arten beschränkt ist, die den drastischen Licht- und Temperaturveränderungen des Tages ausgesetzt sind, sondern sich auch auf mikroskopisch kleine Organismen tief in unserem Körper erstreckt.

Wir leben in enger Symbiose mit Billionen von Mikroorganismen: Unsere Mikrobiota spielt eine wichtige Rolle für viele Körperfunktionen, etwa die Verdauung, Immunreaktionen und sogar kognitive Funktionen – Prozesse, die einer inneren Uhr folgen. Der überwiegende Teil unserer Mikrobiota befindet sich im Magen-Darm-Trakt. Und diese in den Tiefen unserer Därme lebenden Bakterien folgen offensichtlich einem Biorhythmus und es hat sich erwiesen, dass Unterbrechungen dieses Rhythmus negative Auswirkungen auf unsere Gesundheit haben. Aber nicht nur das: Störungen unserer inneren Uhr wirken sich auf die Funktion dieser Bakterien aus und umgekehrt beeinflusst die Darmflora auch unseren Biorhythmus.

Im Jahr 2013 gelang französischen Forschern der Nachweis, dass im Darm lebende Mikroorganismen Substanzen erzeugen, die die korrekte zyklische Produktion des Hormons Corticosteron von Zellen im Darm stimulieren. Ein Verlust von Darmbakterien führte in Mäusen zu mehreren tiefgreifenden Gesundheitsschäden, einschließlich Insulinresistenz. Besondere Aufmerksamkeit hat eine Studie aus dem Jahr 2014 erregt, bei der Forscher des Weizmann Institute of Science in Rehovot, Israel, unter anderem der Lindau-Alumnus Christoph Thaiss, tageszeitliche Schwankungen in der Zusammensetzung und Funktion der mikrobiellen Flora in Mäusen und Menschen beobachten konnten. Sie fanden heraus, dass diese Schwankungen durch veränderte Fütterungszeiten und Schlafmuster, also Störungen des Tag-Nacht-Rhythmus, beeinflusst und gestört wurden. Als höchst relevantes Beispiel dafür konnten sie zeigen, dass der Jetlag bei Menschen, die von den USA nach Israel reisten, den Rhythmus der Mikrobiota störte und ein Ungleichgewicht auslöste, das als Dysbiose bezeichnet wird.

In sync: gut bacteria and our circadian clock. Picture/Credit: iLexx/iSTock.com

Auch die Bakterien in unserem Darm folgen einem Biorhythmus. Bild/Credit: iLexx/iStock.com

Dabei wirkt sich nicht nur der Zeitpunkt der Mahlzeiten auf die Biorhythmen unserer körpereigenen Bakterien aus, sondern auch das, was wir essen. Die in der westlichen Welt vorherrschende fettreiche Ernährungsweise hat naturgemäß direkte Auswirkungen auf unseren Körper. Ein Teil dieser Effekte wird aber auch durch die Auswirkungen dieser Ernährungsweise auf unsere Mikrobiota herbeigeführt, was wiederum eine Veränderung der Expression von zirkadianen Genen in unserem Körper initiiert und unseren Stoffwechsel stört. Des Weiteren weist eine neuere Untersuchung darauf hin, dass Bakterien im Darm über ihre Einflüsse auf unseren Biorhythmus auch die Aufnahme und Speicherung von Fetten aus der aufgenommenen Nahrung beeinflussen.

Die innere Uhr spielt eine entscheidende Rolle für Immun- und Entzündungsreaktionen und man vermutet, dass Störungen des Biorhythmus den Magen-Darm-Trakt infektanfälliger machen. Bei Mäusen wurde nachgewiesen, dass sich ein gestörter Biorhythmus tatsächlich auf die Immunreaktionen auswirkt – ein Hinweis darauf, dass Tageszeiten und Störungen des Tag-Nacht-Rhythmus, wie sie etwa durch den Jetlag oder Schichtarbeit verursacht werden, eine Rolle in der Infektanfälligkeit spielen könnten. Tatsächlich wurde auch festgestellt, dass die Immunreaktion von Mäusen auf eine bakterielle Salmonelleninfektion durch die Tageszeit beeinflusst wird. Eine Unterbrechung des Biorhythmus des Wirts könnte ein Ansatz sein, den diese Bakterien nutzen, um ihre Besiedlung zu verstärken.

Diese Beobachtungen machen einmal mehr die enge Beziehung zwischen uns und unserer Darmflora sowie die Bedeutung unserer Biorhythmen deutlich. Es ist anzunehmen, dass die grundlegenden Erkenntnisse von Hall, Rosbash und Young zu weiteren wichtigen Einblicken in die Bedingungen menschlicher Gesundheit und unserer Beziehungen zu anderen Organismen verhelfen. Was wir heute bereits wissen hat bedeutende und höchst interessante Folgen für die menschliche Gesundheit. Ein besseres Verständnis der bidirektionalen Beziehung zwischen innerer Uhr und Darmflora kann dazu beitragen, in Zukunft Darminfektionen vorzubeugen. Dieses Wissen könnte uns auch dabei helfen, optimale Tageszeiten für die Aufnahme von Probiotika oder die Verabreichung von Impfungen gegen Krankheitserreger des Darms zu ermitteln. Zudem ist anzunehmen, dass Antibiotika den Magen-Darm-Trakt stark negativ beeinflussen. Die Erkenntnisse zur inneren Uhr bieten eine überzeugende wissenschaftliche Basis für die Bedeutung eines regelmäßigen Schlafverhaltens und regelmäßiger Essenszeiten für unsere Gesundheit.

Erforschung des Urknalls mit Gravitationswellen

Die allerersten Gravitationswellen, die jemals direkt gemessen wurden, stammten ausgerechnet von zwei verschmelzenden, massiven Schwarzen Löchern. Für dieses lang ersehnte Messergebnis vom 14. September 2015 erhielten drei leitende Physiker des LIGO-Interferometers in den USA den Physiknobelpreis 2017.

Eigentlich dachten die Forscher, dass massive Schwarze Löcher mit mehr als 30 Sonnenmassen, wie bei diesem Ereignis beobachtet, absolute Ausnahmen wären, außerdem nahm man an, dass die Verschmelzung solcher Objekte sehr selten sei. Und nun war das verbesserte LIGO-Interferometer gerade mal im Testlauf, noch vor dem eigentlich Start der Messkampagne, da ging den Physikern ein derart seltenes Signal ins Netz. Zufall? Oder steckt etwas ganz anderes dahinter?

 

Das Signal der ersten direkten Messung von Gravitationswellen am 14. September 2015: Links das Messergebnis des LIGO-Interferometers in Hanford, Washington, rechts das Signal, das in Livingston, Louisiana, gemessen wurde. Credit: B.P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) CC BY-SA 3.0

Das Signal der ersten direkten Messung von Gravitationswellen am 14. September 2015: Links das Messergebnis des LIGO-Interferometers in Hanford, Washington, rechts das Signal aus Livingston, Louisiana. Credit: B.P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), License: CC BY-SA 3.0

 

Bislang vermuteten die Astronomen, dass sogenannte „stellare Schwarze Löcher“ die häufigsten im Universum seien. So werden Schwarze Löcher genannt, die das Resultat einer Supernova-Sternexplosion mit anschließendem Kollaps sind. Man nimmt an, dass diese Objekte in der Regel weniger als zwanzig Sonnenmasse aufweisen, weshalb die zwei Objekte von GW150914 ungewöhnlich groß ausfallen. Darüber hinaus waren sie auch ungewöhnlich nahe beieinander, sonst hätten sie nicht verschmelzen können. Und es kommt noch besser: Innerhalb von weniger als zwei Jahren seit der Messung des ersten Signals wurden bereits fünf solche Ereignisse aufgezeichnet, und die Hälfte der beteiligten Schwarzen Löcher hatte eine Masse oberhalb von zwanzig Sonnenmassen.

Beudetet die gemesse Häufigkeit, die Nähe zu einander und die unerwarteten Größen, dass die Physiker ihre Vorstellungen über Schwarze Löcher an die neuen Erkenntnisse anpassen müssen? Eine interessante Theorie aus dem Jahr 2015, publiziert Monate vor der ersten Messung von Gravitationswellen, beschreibt eine solche angepasste Variante des Standardmodells der Kosmologie. Der spanische Professor Juan Garcia-Bellido und der Aachener Postdoktorand Sebastien Clesse schreiben, dass das Universum möglicherweise mit unzähligen Schwarzen Löchern ganz unterschiedlicher Größe erfüllt ist. Sie argumentieren, dass diese aus Dichteschwankungen während der sogenannten Inflationsphase des Urknalls entstanden sein könnten und damit so alt seien wie das Universum selbst.

Nobelpreisträger Brian Schmidt erklärt Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie auf der Lindauer Noblepreisträgertagung 2014. In dieser Theorie sagte Einstein Gravitationswellen voraus, ging jedoch davon aus, dass diese niemals gemessen werden könnten. Genau hundert Jahre nach Veröffentlichung seiner Theorie gelang nun ihre Messung an den LIGO-Instrumenten. Lindau Nobel Laureate Meeting/Rolf Schultes

Nobelpreisträger Brian Schmidt erklärt Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie auf der Lindauer Noblepreisträgertagung 2014. In dieser Theorie sagte Einstein Gravitationswellen voraus, ging jedoch davon aus, dass diese niemals gemessen werden könnten. Genau hundert Jahre nach Veröffentlichung seiner Theorie gelang nun ihre Messung an den LIGO-Instrumenten. Photo/Credit: Rolf Schultes/Lindau Nobel Laureate Meetings

Laut Standardmodell ereignete sich direkt nach dem Urknall eine gewaltige Ausdehnung des Universums. Wie Physiknobelpreisträger Brian Schmidt auf der Lindauer Nobelpreisträgertagung 2016 erklärt: „Quantenfluktuationen wurden auf den Maßstab des Universums aufgebläht. Das klingt zunächst verrückt, aber es erklärt ganz gut die Dinge, die wir über das Universum wissen und herausfinden.“ Diese Phase des extremen Ausdehnens wird kosmische Inflation genannt.

Bereits 1971 formulierte der berühmte britische Physiker Stephen Hawking die Theorie der Primordialen Schwarzen Löcher: Objekte, die seit dem Urknall existieren. Laut des Modells von Garcia-Bellido und Clesse entstanden solche Schwarzen Löcher in Gruppen, sogenannten Clustern. Das würde es ihnen natürlich erleichtern, sich zu umkreisen und schließlich zu verschmelzen. In ihrem aktuellen Artikel in Spektrum der Wissenschaft argumentieren die Autoren erneut, dass diese häufigen Schwarzen Löcher einen Teil der geheimnisvollen Dunklen Materie sein könnten.

Laut Standardmodell besteht das Universum aus ungefähr 69 Prozent Dunkler Energie, 26 Prozent Dunkler Materie – und alles was wir kennen, von Sternen über Galaxien bis hin zur Erde und den Menschen, macht weniger als 5 Prozent der Gesamtsumme aus. Ohne die (theoretische) Dunkle Materie könnten die Galaxien, die wir beobachten, nicht existieren, da sie sich derartig schnell drehen, dass sie eigentlich die meisten ihrer Sterne ins All schleudern müssten. Doch gewaltige Gravitationskräfte halten die Sterne zurück. Dass man die Dunkle Materie nicht beobachten kann, gilt zwar seit Jahrzehnten als Dogma, aber Forscher mögen nun mal keine Theorien, die sie nicht überprüfen können. 

Faszinierend an der Theorie von Garcia-Bellido und Clesse ist die Tatsache, dass man sie überprüfen kann, und zwar sowohl mit den heutigen als auch mit künftigen Messinstrumenten. Wenn nun diese künftigen Daten zeigen, dass Schwarze Löcher groß, zahlreich und nahe beieinander sind, so wird das ihre Theorie der Primordialen Schwarzen Löcher stärken. Die beiden Autoren schlussfolgern: Schon „nach den ersten Beobachtungen treten Paare von Schwarzen Löchern häufiger auf als erwartet, und sie besitzen höchst divers verteilte Massen.“

Doch das wäre immer noch kein Beweis, dass diese erstaunlichen Objekte aus der Zeit des Urknalls stammen. Ein entscheidender Hinweis wäre der Fund eines kleinen Schwarzen Lochs mit weniger als 1,45 Sonnenmassen: Dieses könnte nämlich nicht das Resultat einer Sternexplosion sein, sondern müsste auf anderem Weg entstanden sein (Chandrasekhar-Grenze), möglicherweise sogar während der Inflationsphase. Doch leider geht man davon aus, dass viele der besonders kleinen Schwarzen Löcher aufgrund der sogenannten Hawking-Strahlung schon lange verdampft sind.

 

Künstlerische Darstellung zwei sich umkreisender Schwarzer Löcher. Bereits bei dieser Umkreisung strahlt das System Gravitationswellen ab, die bereits in den 1970er Jahren indirekt gemessen werden konnten. Die stärksten Wellen entstehen jedoch bei der Verschmelzung der beiden. Credit: gmutlu/iStock.com

Künstlerische Darstellung zwei sich umkreisender Schwarzer Löcher. Bereits bei dieser Umkreisung strahlt das System Gravitationswellen ab, die bereits in den 1970er Jahren indirekt gemessen werden konnten. Die stärksten Wellen entstehen jedoch bei der Verschmelzung der beiden. Credit: gmutlu/iStock.com

 

In kommenden Jahren werden viele neue Instrumente nach Gravitationswellen und Schwarzen Löchern suchen. Zwei prominente Beispiele: Das Radioteleskop SKA, Square Kilometre Array, wird den Himmel nach der charakteristischen Strahlung von neutralem Wasserstoff absuchen. Man nimmt an, dass dieses ursprüngliche Element in der Nähe Primordialer Schwarzer Löcher sehr häufig vorkommt, und dass dessen Atome durch die intensive Röntgenstrahlung der Schwarzen Löcher, die beim „Verzehr“ von Materie entsteht, ionisiert werden und dadurch strahlen. Ein Jahrzehnt später sollen die Weltraumteleskope der LISA-Mission die diffuse Hintergrundstrahlung von Gravitationswellen aufspüren.

Doch unabhängig davon, ob die beobachteten Schwarzen Löcher nun primordial sind oder nicht, helfen sie uns beim fundamentalen Verständnis des Kosmos. „Wenn weitere Messungen mit LIGO zeigen sollten, dass Schwarze Löcher von diesem Format sehr häufig im Universum vorkommen, dann könnten sie die Dunkle Materie erklären“, meint auch Karsten Danzmann, Direktor des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik und Mitglied der LIGO Scientific Collaboration. Also selbst wenn die Theorie von Garcia-Bellido und Clesse nicht bis ins letzte Detail bestätigt wird, könnte das Geheimnis der Dunklen Materie bald gelüftet werden.

Künftige Messungen werden viele dieser Fragen klären. Doch die Gravitationswellen-Astronomie ist auch in der Lage, Geheimnisse aus anderen astronomischen Disziplinen zu lüften. Beispielsweise zeichnete LIGO am 17. August 2017 das Signal von zwei verschmelzenden Neutronensternen auf. Sofort wurde die Fachwelt informiert, in Rekordzeit richteten über 70 Teleskope ihren Blick auf dieselbe Himmelsregion: eine der größten astronomischen Beobachtungskampagnen aller Zeiten. Dadurch konnte nicht nur der genaue Ort der Verschmelzung bestimmt werden, sondern ganz nebenbei wurde deutlich, dass Gammastrahlen-Ausbrüche von solchen Ereignissen stammen können. Das hatten Forscher schon lange vermutet, aber nun können sie ihre Theorien endlich empirisch überprüfen.

In Zukunft wird es also nicht nur mehr Daten über verschmelzende Schwarze Löcher geben. Weitere große Beobachtungskampagnen werden zudem viele astronomische Rätsel lösen können – wohl in einem Ausmaß, das wir heute nur schwer vorhersagen können.

 

Künstlerische Darstellung zweier verschmelzender und dabei explodierender Neutronensterne. Forscher erwarteten von einem solchen seltenen Ereignis sowohl Gravitationswellen als auch einen kurzen Gammastrahlen-Ausbruch: Beides wurde am 17.08.2017 von LIGO-Virgo gemessen. Anschließend beobachteten über 70 Profiteleskope die 130 Lichtjahre entfernte Galaxie NGC 4993. Astronomen gehen davon aus, dass schwere Elemente wie Gold oder Platin überwiegend aus solchen sogenannten Kilonova-Explosionen stammen. Credit: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser CC BY-SA 4.0

Künstlerische Darstellung zweier verschmelzender und dabei explodierender Neutronensterne. Forscher erwarteten von einem solchen seltenen Ereignis sowohl Gravitationswellen als auch einen Gammastrahlen-Ausbruch: Beides wurde am 17.08.2017 von LIGO-Virgo gemessen. Anschließend beobachteten über 70 Profiteleskope die 130 Lichtjahre entfernte Galaxie NGC 4993. Astronomen gehen davon aus, dass schwere Elemente wie Gold oder Platin überwiegend aus solchen sogenannten Kilonova-Explosionen stammen. Credit: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser CC BY-SA 4.0

Die Welt zu Hause in Lindau

Schon seit neun Jahren sind Gastfamilien aus Lindau und Umgebung fester Bestandteil der Lindauer Nobelpreisträgertagungen. Durch ihr Engagement erhalten die Nachwuchswissenschaftler die einzigartige Chance, Lindau und seine Menschen im persönlichen Umfeld kennenzulernen und mehr über Leben und Kultur in Deutschland aus erster Hand zu erfahren.

 

Wiedersehen nach sechs Jahren – Elom Aglago und seine Lindauer Gastfamilie

Brigitte Trojan und Hans Schweickert nehmen schon seit 2011 an den Lindauer Tagungen als Gastfamilie teil. Seitdem haben sie schon sieben Nachwuchswissenschaftler aus aller Welt (aus Ägypten, Japan, Georgien, Chile, dem Iran, dem Libanon und dem Togo) bei sich zu Hause aufgenommen. Ihr erster Gast war 2011 Elom Aglago aus dem Togo. Seitdem sind sie in Kontakt geblieben und in diesem Jahr ist Elom nach Lindau zurückgekehrt, um seine Gastfamilie wiederzusehen.

 

Elom Aglago und seine Gastfamilie in Lindau. Credit: Christoph Schumacher/Lindau Nobel Laureate Meetings

Elom Aglago und seine Gastfamilie in Lindau. Credit: Christoph Schumacher/Lindau Nobel Laureate Meetings

 

Warum sind Sie eine Gastfamilie geworden?

Gastfamilie Trojan: Wir waren gerade frisch nach Lindau in ein neues Haus mit Garten umgezogen, als wir darüber nachdachten, einen Gastwissenschaftler aufzunehmen. Wir lieben es, hier zu Hause in Lindau zu sein, aber wir sind auch offen für neue Kulturen und Sichtweisen. Außerdem sind wir begeistert von den Lindauer Nobelpreisträgertagungen. Für uns war es darum die perfekte Möglichkeit, Menschen aus der ganzen Welt zu begegnen. Zusätzlich ist es ein wirklich gutes Training und nebenbei verbessern wir unser Englisch.

Für uns war es die perfekte Möglichkeit, Menschen aus der ganzen Welt zu begegnen

Wie war es, als Elom 2011 zu Ihnen kam?

GF: Wir waren glücklich und gesegnet als wir Elom 2011 hier hatten. Wir haben jeden Morgen gemeinsam gefrühstückt und über das tägliche Programm gesprochen. Und wenn er zurückkam, haben wir immer ein abendliches Briefing bekommen und über den Tag bei der Tagung gesprochen. Wir haben jede Menge Inspiration von ihm bekommen; er hat einen wunderbaren Sinn für Humor, ist ruhig und sehr pragmatisch. Und er liebte es, die unterschiedlichsten Themen mit uns zu diskutieren – das ist etwas, das wir wirklich sehr wertschätzen.

 

Wie sind Sie all die Jahre in Kontakt geblieben?

GF: Wir hatten hin und wieder E-Mailkontakt. Und an Weihnachten haben wir uns beispielsweise immer gegenseitig frohe Weihnachten gewünscht. Er bekam Neuigkeiten aus Lindau, wir haben ihm zum Beispiel von den neuen Nachwuchswissenschaftlern berichtet. Gleichzeitig schrieb Elom uns aus dem Togo, Marokko oder aus Frankreich – je nachdem, wo er gerade war –, wenn es bei ihm etwas Neues gab. Er hat seine wissenschaftliche Laufbahn mit uns geteilt, die Forschungsarbeiten, die er veröffentlicht hat und seine wichtigsten Ergebnisse. Vor zwei Jahren hatten wir die Idee, dass er uns wieder besuchen könnte; im Dezember letzten Jahres haben wir dann für den Sommer geplant – und jetzt sitzt er uns gegenüber!

 

Wie war es, einander wiederzusehen?

GF: Wir haben uns am Bahnhof getroffen und waren sehr glücklich, uns wieder zu sehen. Es war sofort wieder diese besondere Wärme und Frische im Raum. Wir haben direkt wieder begonnen, über Unterschiede und unsere Philosophien zu diskutieren, über die unterschiedlichen Rollen von Eltern und der Familie in unseren Kulturen und so weiter. Wir haben ihn sehr vermisst… unsere Katze hat ihn auch sehr vermisst.

 

Elom at the Bavarian Evening during the Lindau Meeting 2011. Photo/Credit: Courtesy of Elom Algago

Elom während des Bayerischen Abends auf der Lindauer Tagung 2011. Credit: Elom Algago

 

Ist er, wie Sie ihn in Erinnerung hatten?

GF: Ja und nein. Er wirkt noch genauso frisch und jung wie damals – aber auch ein bisschen seriöser. Es scheint, als habe er seinen Platz gefunden.

Elom Aglago: Ich glaube, ich bin etwas weiser geworden. Ich bin nicht mehr so kindlich. Ich denke, dass meine Gastfamilie hier in Lindau daran ihren Anteil hat. Sie haben mir geholfen, kulturelle Unterschiede zu verstehen, andere Kulturen zu respektieren und von ihnen zu lernen. Ich glaube, das hat alles mit der Lindauer Tagung angefangen. Ich habe zum ersten Mal erlebt, dass wir alle unterschiedlich, aber vor allen Dingen alle individuell, besonders sind. Und das müssen wir jederzeit berücksichtigen.

 

Sind Sie näher dran, einen Nobelpreis zu bekommen als vor sechs Jahren?

EA: Im Moment steht der Nobelpreis nicht auf meiner persönlichen Agenda (lacht). Ich würde gerne administrative Verantwortlichkeiten übernehmen, um den Transfer von Wissen, Technologien und auch Verantwortung nach Afrika zu verbessern. Viele Afrikaner verlieren sich in ihrem Ehrgeiz und sind sich der Mechanismen nicht bewusst, wie sie ihre Ambitionen in die Tat umsetzen können. Ich möchte dabei helfen und plane eine Mischung aus diesen persönlichen Zielen und der Weiterführung meiner derzeitigen Forschung.

 

Haben Sie immer so gute Erfahrungen mit den Nachwuchswissenschaftlern gemacht wie mit Elom?

GF: Es ist immer wieder eine tolle Möglichkeit, Menschen zu treffen, die die Welt nach vorne bringen können. Alle Nachwuchswissenschaftler waren sehr höflich und haben sich an die Situation angepasst. Sie waren immer sehr dankbar und begierig, in Kontakt zu treten und jede Information in sich auf zu nehmen.

Der erste Zugang zur Welt – Gastfamilie Ober

Gastfamilie Ober nimmt seit 2013 Nachwuchswissenschaftler bei sich auf. Bisher waren immer junge Forscherinnen und Forscher aus Asien bei ihnen, zum Beispiel aus Korea, Taiwan oder Thailand. Häufig kommen zwei Nachwuchswissenschaftler gleichzeitig: Sie können in der Ferienwohnung übernachten. Sohn David (9) genießt die Anwesenheit der ‘fremden’ Gäste und hilft seinen Eltern als Gastgeber.

 

Gastfamilie Ober mit ihren zwei Nachwuchswissenschaftlern Nopphon Weeranoppanant („Nop“, links), Cholpisit Kiattisewee („Ice“, zweiter von rechts) und ihr Gast Pree-Cha Kiatkirakajorn („Joe“ rechts). Credit: Courtesy of Catharina Ober

Gastfamilie Ober mit ihren zwei Nachwuchswissenschaftlern Nopphon Weeranoppanant („Nop“, links), Cholpisit Kiattisewee („Ice“, zweiter von rechts) und ihrem Gast Pree-Cha Kiatkirakajorn („Joe“ rechts). Credit: Catharina Ober

 

Warum sind Sie Gastfamilie geworden?

Cathrin Ober: Meine Nichte Theresa hat damals vorgeschlagen, dass wir Nachwuchswissenschaftler bei uns aufnehmen. Wir waren eher unbedarft und haben gar nicht darüber nachgedacht, Gastfamilie zu werden. Theresa war definitiv die treibende Kraft hinter der Entscheidung. Sie hat schon vor fünf Jahren, als sie erst 14 Jahre alt war, gewusst, dass sie Physik studieren will und ist ganz begeistert von den Lindauer Nobelpreisträgertagungen. Sie war damals auch schon bei einigen Veranstaltungen mit dabei – beim Grill & Chill zum Beispiel und bei den Matinees. Sie hat uns überzeugt, Nachwuchswissenschaftler bei uns aufzunehmen und hat versprochen, sich während der Tagung um sie zu kümmern. Als dann die ersten Nachwuchswissenschaftler bei uns waren, war unser Sohn David ganz begeistert von unserem ‘fremden’ Besuch. Er hat zum Beispiel jeden Morgen das Frühstück für sie vorbereitet. Er war damals erst fünf Jahre alt! Wenn er nicht so engagiert gewesen wäre, hätten wir das vielleicht nicht weiter gemacht, nachdem meine Nichte von Lindau weggezogen ist. Die Lindauer Nobelpreisträgertagungen sind für uns als Stadt natürlich eine tolle Sache. Und dass alles so gut funktioniert, liegt eben auch daran, dass jeder mitmacht. Wir finden es gut, unseren Teil beizutragen.

Unser Sohn war ganz begeistert von unserem ‘fremden’ Besuch

Wie ist es, Gastfamilie während der Lindauer Tagungen zu sein, vor allem mit einem Kind?

CO: Es ist immer ein großer Spaß. Uns kommt zu Gute, dass die Wissenschaftler so ein volles Programm haben. Mein Mann und ich sind beide voll berufstätig und machen das Ganze nebenher. Obwohl wir nicht super viel Zeit haben, waren alle Nachwuchswissenschaftler immer sehr dankbar. Am einzigen freien Abend kochen wir für sie ein typisch deutsches Essen. Dieses Jahr gab es Kässpätzle mit geschwenkten Zwiebeln und Sauerkraut für unsere zwei thailändischen Gäste Nop und Ice. Unsere diesjährigen Nachwuchswissenschaftler waren bisher die lustigsten Gäste. Es war der Hit mit ihnen! Sie waren glücklich um jeden Kontakt. Sie haben sich sehr um David bemüht, haben zum Beispiel Tischkicker mit ihm gespielt und wild durcheinander geschwatzt. Vor ein paar Jahren konnte er ja noch kein Englisch sprechen, da ging alles mit Zeichensprache. Jetzt kann er schon ein paar Worte Englisch und probiert es aus. Das finde ich natürlich sehr gut; das ist eine tolle Sache für die Kinder in Gastfamilien. Es ist ein Öffnen zur Welt, sein erster Zugang zur Welt. Er war bei allem mit dabei und genießt jeden Moment. Es ist auch immer er, der die Nachwuchswissenschaftler beim ersten Treffen am Bahnhof als erster findet. David studiert ihre Fotos im Vorhinein und sucht die richtigen Nachwuchswissenschaftler dann am Bahnhof heraus (lacht).

Während des Interviews kommt Sohn David mit seinem Pullover mit der Aufschrift “Time to go and change the world“ herein. Auf die Frage, wie er es findet, dass jedes Jahr Nachwuchswissenschaftler zu Besuch kommen, sagt er: „Schon cool!“

 

Sind sie mit den Nachwuchswissenschaftlern in Kontakt geblieben, die bei Ihnen zu Gast waren?

CO: Wir sind bisher mit keinem unserer Gäste in Kontakt geblieben. Ich denke, dass es wirklich schwer ist, wenn man einander nur für eine Woche kennengelernt hat. Aber wenn wir wieder Kontakt aufnehmen wollten, dann wäre das sicher mit allen möglich. Unsere Nachwuchswissenschaftler dieses Jahr haben uns sehr direkt gesagt, dass die Hölle losbrechen würde, wenn wir einen Fuß auf Thailand setzen, ohne dass wir uns bei ihnen melden (lacht). Wir zeigen ihnen, wie schön Lindau ist und das war es dann. Wir sind auch nicht so versiert in den Naturwissenschaften. Mit keinem haben wir jemals wirklich über sein Fachgebiet gesprochen. Wir sprechen eher über die Länder und Sitten und die Schwerpunkte im Leben der Nachwuchswissenschaftler.

Ice und Nop waren ebenfalls begeistert von der „tollen Erfahrung“ (Ice) bei ihrer „wundervollen Gastfamilie“ (Nop). Besonders gut gefallen hat beiden der Austausch zu den kulturellen Unterschieden. Die Gespräche beim gemeinsamen Essen waren für Nop ein „sehr wichtiger Teil meiner Erinnerungen an Lindau. Und Spätzle war mein absoluter Favorit!“ (Nop).

 

Eine Familie fürs Leben in Lindau – Gastfamilie Heller

Herr und Frau Heller engagieren sich als Gastfamilie seit 2012. Seitdem haben sie jedes Jahr mindestens einen Nachwuchswissenschaftler während der Lindauer Nobelpreisträgertagungen bei sich zu Hause begrüßt.

 

Gastfamilie Heller und Nachwuchswissenschaftlerin Dissaya aus Thailand. Credit: Courtesy of Dissaya Pornpattananangkul

Gastfamilie Heller und Nachwuchswissenschaftlerin Dissaya aus Thailand. Credit: Dissaya Pornpattananangkul

 

Warum haben Sie sich entschieden, Nachwuchswissenschaftler bei sich aufzunehmen?

Herr Heller: Ich habe zehn Jahre im Ausland gelebt und weiß deshalb, dass es schön ist, wenn man Zugang zu Locals bekommt, und bei Bedarf auf ihre Unterstützung zählen kann. Jeder möchte gerne Gastfreundschaft genießen; was im Umkehrschluss dann heißt, diese auch selbst anzubieten. In gewisser Weise kann man so, auch ohne in ein Flugzeug zu steigen, die Welt etwas besser kennenlernen und verstehen. Schließlich bin ich an Wissenschaft im Allgemeinen interessiert, im Besonderen an Astrophysik, Medizin und an Ökonomie.

In gewisser Weise kann man so, auch ohne in ein Flugzeug zu steigen, die Welt etwas besser kennenlernen und verstehen

 Wie ist es, während der Lindauer Tagungen Gastfamilie zu sein?

H: Es bedeutet tolerant und offen zu sein, Rücksicht zu nehmen und einer fremden Person einen Vertrauensbonus entgegen zu bringen. Es ist auf jeden Fall immer spannend, wenn ein völlig unbekannter Mensch ankommt und von einer Minute auf die andere zum Familienmitglied auf Zeit wird. Grundsätzlich ist es eine Bereicherung mit diesen Gästen Zeit zu verbringen und sich auszutauschen und damit ist es die kleinen Anstrengungen auf jeden Fall wert. Die Nachwuchswissenschaftler, die nach Lindau kommen, sind eine globale Elite. So ist es nicht überraschend, dass es angenehme, interessante, fähige und letztlich auch erstaunlich reife Persönlichkeiten sind. Leider ist es uns noch nicht gelungen, einen der Gäste dazu zu bewegen sich hier beruflich nieder zu lassen, obwohl jeder dieser Wissenschaftler ein Gewinn für Deutschland wäre.

 

Sie hatten schon viele Nachwuchswissenschaftler aus verschiedenen Ländern zu Gast. Gab es große Unterschiede zwischen ihnen?

H: Unsere Beobachtung ist, dass sich die jüngere und mobile Generation in der globalisierten Welt immer weiter annähert. Die Träume und Wünsche sind, trotz aller tradierten kulturellen Unterschiede, die gleichen: Sie möchten eine Familie gründen, sich beruflich entfalten, ein Haus besitzen, reisen sowie in einem gewissen Wohlstand, in Frieden und in Sicherheit leben. Vielleicht bedeutet diese globale Annäherung eine Reduktion kultureller Vielfalt, aber aus meiner Sicht überwiegen die positiven Auswirkungen, da Homogenität wie zum Beispiel das Sprechen der gleichen Sprache verbindend wirkt.

 

Können Sie sich an besondere Schlüsselmomente mit den Nachwuchswissenschaftlern erinnern, die Ihnen im Kopf geblieben sind?

H: 2013 hatten wir eine Nachwuchswissenschaftlerin aus Thailand zu Gast: Dissaya. Mit ihr hatten wir von Beginn an direkt einen sehr guten Draht. Sie ist zu einer Freundin geworden und wir haben mit ihr eine dauerhafte Verbindung, obwohl uns tausende von Kilometern trennen. Während der Tagung hatten wir einige tiefgehende Gespräche bei einem Glas Rotwein. Wir haben über wichtige Dinge des Lebens gesprochen: was es bedeutet, älter zu werden, um eines zu nennen. Das waren berührende Momente. Ich habe sie auch auf eine Motorradtour mitgenommen und ihr die Umgebung gezeigt. Nach ihrem Besuch bei uns, kam Dissaya nach ein paar Monaten sogar noch einmal zurück, um zwei Wochen Urlaub bei uns zu machen. Sie hat uns auch zu ihrer Hochzeit eingeladen, leider haben wir es nicht geschafft, dabei zu sein.

 

Lindau Alumna Dissaya aus Thailand schrieb uns zu ihrer Erfahrung in der Gastfamilie.

Dissaya Pornpattananangkul: Vor dem ersten Treffen mit meiner Gastfamilie erwartete ich nur, Erfahrungen mit den Menschen vor Ort auszutauschen. Als ich dann das erste Mal in Lindau ankam, wartete Herr Heller dort auf mich, um mich abzuholen. Von diesem Moment an hat sich meine Gastfamilie wirklich rührend um mich gekümmert. Sie haben mir viele Orte in Lindau gezeigt. Es war eine der wertvollsten Erfahrungen, die ich im Ausland gemacht habe. Durch sie habe ich für das ganze Leben eine Familie in Lindau bekommen. […] Jeder Moment hier war wirklich sehr besonders. Herr Heller hat mich einmal auf eine Motorradtour in die Berge mitgenommen. Die Sicht war fantastisch. Das war wirklich eine der schönsten Szenerien, die ich je gesehen habe.

 

Alumna Dissaya at the motorcycle tour. Photo/Credit: Courtesy of Mr. Heller

Lindau Alumna Dissaya bei ihrer Motorradtour mit Herrn Heller. Credit: Heller

Wir danken den drei Gastfamilien herzlich für Ihr Engagement, Ihre Offenheit und die interessanten Gespräche.

Antibiotika und multiresistente Erreger: ein erbitterter Wettlauf

Antibiotika sind ein wesentlicher Bestandteil der modernen Medizin, und zwar nicht nur zur Behandlung hartnäckiger Hals- oder Ohrenentzündungen – sie spielen auch eine wichtige Rolle bei Routineoperationen wie Kaiserschnitten und Blinddarmoperationen, ebenso im Rahmen von Chemotherapien.

Wenn heute ein Antibiotikum verschrieben wird, ist es meist ein Präparat aus dem 20. Jahrhundert. Und da „Bakterien leben wollen, aber klüger sind als wir“, wie Nobelpreisträgerin Ada Yonath so treffend bemerkt, haben viele Krankheitserreger bereits Resistenzen gegen die häufigsten Antibiotika entwickelt. Im September wandte sich deshalb die Weltgesundheitsorganisation WHO mit einem eindringlichen Appell an Regierungen und Pharmahersteller, sie sollten dringend die Ausgaben für die Antibiotikaforschung erhöhen: Es gäbe einfach zu wenig neue Mittel, an denen zurzeit geforscht würde, um die wachsende Zahl multiresistenter Keime zu bekämpfen. Jedes Jahr sterben geschätzte 700 000 Patienten an den Folgen einer Infektion mit einem solchen Keim, und diese Zahl wird eher wachsen als schrumpfen.

Allein eine Viertelmillion Todesfälle gehen auf multiresistente Tuberkulose-Erreger zurück, weshalb diese Erreger den Experten besonders viele Sorgen bereiten. Wenn man einen solchen Erreger mit den verfügbaren Mitteln besiegen möchte, muss die Therapie konsequent über bis zu 20 Monate durchgehalten werden – in ärmeren Ländern oder auch in Haftanstalten wird die Behandlung aber häufig abgebrochen. Das Ergebnis sind neue Resistenzen (siehe Grafik am Ende des Artikels).

Kopfzerbrechen bereitet den Experten auch das mulitresistente Bakterium Neisseria gonorrhoea, das die Geschlechtskrankheit Gonorrhoe verursacht. Diese Bakterien sind gramnegativ, das bedeutet, dass ihre Oberflächen keine Gram-Färbung annehmen. Diese widerspenstige Oberfläche ist auch der Hauptgrund, weshalb solche Bakterien schwer zu behandeln sind, auch ohne Resistenzen. In den letzten Monaten gab es weltweit mehrere Gonorrhoe-Ausbrüche, für die resistente Keime verantwortlich sind.

 

Antibiotikaresistenz-Tests: Ein Bakterienstamm wird in ein Kulturmedium eingebracht. Die Bakterienkultur in der linken Schale ist gegenüber allen getesteten Antibiotika empfindlich, während die Kultur in der rechten Schale nur gegenüber drei der sieben getesteten Antibiotika empfindlich ist. Foto: Dr. Graham Beards, 2011, CC BY-SA 4.0

Antibiotikaresistenz-Tests: Ein Bakterienstamm wird in ein Kulturmedium eingebracht. Die Bakterienkultur in der linken Schale ist gegenüber allen getesteten Antibiotika empfindlich, während die Kultur auf der rechten Seite nur gegenüber drei der sieben getesteten Antibiotika empfindlich ist. Foto: Dr. Graham Beards, 2011, CC BY-SA 4.0

 

Solche Ausbrüche beleuchten ein weiteres Problem: Resistente Keime reisen schnell. Ganz egal, wo auf der Erde sich die Resistenzen entwickeln, durch moderne Verkehrsmittel wie Langstreckenflüge kann sich ein resistentes Bakterium innerhalb weniger Tage weltweit verbreiten. Die WHO hat eine aktuelle Liste mit 12 resistenten Bakterienstämmen erstellt, die als besonders gefährlich gelten. Diese Liste enthält nicht nur die Gonorrhoe-Erreger, sondern auch den gefürchteten Krankenhauskeim MRSA (die Abkürzung steht für Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus).

 

Abhilfe durch bildgebende Verfahren?

Lösungsvorschläge werden möglicherweise von unerwarteter Seite kommen, zum Beispiel von Forschern, die mit Kryo-Elektronenmikroskopie arbeiten, kurz Kryo-EM. Der Chemienobelpreis 2017 würdigt diese Entwicklung. Mit Hilfe dieser Methode erhalten die Forscher eine derart hohe Auflösung des Zellgeschehens, dass sie sogar diejenigen Proteine beobachten können, die Resistenzen gegen Antibiotika weitergeben. Kryo-EM baut auf den Erfahrungen der Kristallstrukturanalyse auf, sowie auf der Methode der klassischen Elektronenmikroskopie.

Das Beobachten von Vorgängen ist in der Wissenschaft häufig der erste Schritt zu einem tiefgreifenden Verständnis, das erklärt die große Bedeutung von bildgebenden Verfahren für die Lebenswissenschaften. Wenn nämlich die Forscher Proteine ‘sehen’ können, die Resistenzen weitergeben, dann kann dies der Startpunkt für die Entwicklung von Medikamenten sein, die dieses Geschehen unterdrücken. Nun eignet sich die Kryo-EM besonders gut für Oberflächenproteine, sie stellt also genau jene Orte gut dar, an denen Infektionen oder Gentransfers ihren Anfang nehmen.

Gleichzeitig entwickelt sich auch die optische Mikroskopie immer weiter, mittlerweile kann man ‘live’ beobachten, wie Proteine in einer Zelle synthetisiert werden. Der Chemienobelpreis 2014 war ganz der Überwindung der Auflösungsgrenze in der Lichtmikroskopie gewidmet: Stefan Hell erhielt ihn für die Entwicklung seiner STED-Mikroskopie, der amerikanische Physiker Eric Betzig entwickelte die PALM-Methode, William E. Moerner war der dritte Preisträger 2014. Kurz nachdem er den Nobelpreis erhalten hatte, erfand Hell die MINFLUX-Mikroskopie, eine Kombination aus STED und PALM. Damit kann er nun erstmals kleine Filme erstellen, die zeigen, wie Proteine tatsächlich innerhalb von Zellen gebildet werden.
Alle diese Methoden zusammen führen zu einer „Auflösungs-Revolution“, die helfen wird, neue Antibiotika zu entwickeln.

 

Chemienobelpreisträgerin Ada Yonath bei einer Diskussionsveranstaltung mit Nachwuchsforschern auf der Lindauer Nobelpreisträgertagung 2016. Yonath erforscht seit Jahren die Ribosomen resistenter Bakterien. Foto: LNLM/Christian Flemming

Chemienobelpreisträgerin Ada Yonath bei einer Diskussionsveranstaltung mit Nachwuchsforschern auf der Lindauer Nobelpreisträgertagung 2016. Yonath erforscht seit Jahren die Ribosomen resistenter Bakterien. Foto: LNLM/Christian Flemming

 

Die Nobelpreisträgerin Ada Yonath, die den Chemienobelpreis 2009 für die Struktur des Ribosoms herhalten hatte, arbeitet bereits an neuartigen Antibiotika, und zwar an solchen, die nur gegen jeweils einen bestimmten Bakterienstamm wirken sollen, das nennt man ‘speziesspezifisch’. Ihr Ansatzpunkt sind die Ribosomen, also „die zellulären Maschinen, die Gene in Proteine umsetzen“, weil viele der bekannten Antibiotika die Aktivität der Ribosomen unterbinden. Zunächst studierte sie die Ribosomen ‘guter’, also harmloser Bakterien, inzwischen arbeitet sie mit MRSA-Keimen. Würde es gelingen, auf diesem Weg einen Wirkstoff zu finden, der alle Krankheitserreger abtötet, aber alle anderen Bakterien schont, wäre nicht nur die Behandlung wesentlich verträglicher – es würden auch deutlich weniger Resistenzen entstehen, unter anderem, weil deutlich weniger Bakterien überhaupt von einem solchen Wirkstoff betroffen wären.

 

Wirkstoff wird resistenter gegen Resistenzen

Eine weitere Strategie ist, an Orten nach neuen Wirkstoffklassen zu suchen, die in der Vergangenheit wenig aussichtsreich erschienen. Am Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie in Jena wurde beispielsweise ein Stoff isoliert, der sich im Labor bereits erfolgreich bei der Bekämpfung von MRSA erwies, weshalb Closthioamid 2014 zum Leibniz-Wirkstoff des Jahres gewählt wurde. Der Wirkstoff stammt von einem anaeroben Bakterium, nämlich Clostridium cellulolyticum. Diese Kategorie ist bei der Suche nach neuen Antibiotika bislang eher vernachlässigt worden. „Durch unsere Arbeit wird klar, dass das Potential einer riesigen Organismengruppe bislang völlig übersehen wurde“, so Christian Hertweck, stellvertretender Direktor des Leibniz-Instituts und Arbeitsgruppenleiter. Erst kürzlich konnten Forscher des Imperial College London, zusammen mit einem Team der ‘London School of Hygiene and Tropical Medicine’, mulitresistente Gonorrhoe-Bakterien mit Hilfe von Closthioamid abtöten. In der Petrischale reichten bereits kleine Mengen, klinische Studien sollen folgen.

In einer weiteren Strategie versucht man, existierende Antibiotika im Labor so zu verändern, dass sie ‘resistenter’ gegen Resistenzbildung werden. So brauchten Bakterien erstaunliche 60 Jahre, um gegen das Antibiotikum Vancomycin resistent zu werden. Nun haben Forscher am Scripps Research Institut (TSRI) eine verbesserte Variante dieses Wirkstoffs entwickelt, der nun Bakterien von drei Seiten gleichzeitig angreift. Das verbesserte Mittel wurde bereits erfolgreich an Enterokokken getestet, die gegen das klassische Vancomycin resistent waren. Studienleiter Dale Boger kommentiert, dass diese TSRI-Entwicklung das erste Antbiotikum sei, dass drei unabhängige Wirkmechanismen hätte, um Bakterien auszuschalten. „Dieses Merkmal wird dazu führen, die Lebensdauer des Wirkstoffs deutlich zu verlängern“, gemeint ist die Zeitspanne, in der das Mittel erfolgreich eingesetzt werden kann. „Mikroorganismen schaffen es einfach nicht, sich gleichzeitig an drei verschiedenen Fronten zu wehren. Selbst wenn sie es schnell schaffen, einen Wirkmechanismus auszuschalten, bleiben immer noch zwei übrig, die sie schließlich abtöten werden.“

 

Resistenzen ‘springen’ von einem Erreger zum anderen

Leider sind an diesem fulminanten Wettlauf nicht nur Forscher und Erreger beteiligt – eine solche Konstellation wäre noch halbwegs überschaubar. Doch die Tatsache, dass mulitresistente Keime heute sowohl unsere Umwelt als auch unsere Nahrung besiedeln, macht die Lage erst bedrohlich. Ein Beispiel hierfür ist das Antibiotikum Colistin: Bereits in den 1950er Jahren entwickelt, wurde es nie auf breiter Front gegen Infektionen beim Menschen eingesetzt, weil es zu starke Nebenwirkungen hat. Doch in den letzten Jahren ist es genau aus diesem Grund als Reserveantibiotikum interessant geworden. Da es sich aber um einen alten Wirkstoff handelt, ist der Patentschutz lange abgelaufen, die Produktion ist also preiswert – und deshalb wird es in China in großen Mengen in der Schweinemast eingesetzt.

Wie nicht anders zu erwarten, haben sich in diesen Schweinen Colistin-resistente Bakterienstämme entwickelt, deren Entdeckung erst 2015 publiziert wurde. Diese speziellen Resistenzen haben es in sich: Weil sich die Resistenz-Gene in einem Plasmid befinden, Bakterien jedoch sehr leicht Plasmide untereinander austauschen können, sind sie somit auch ein der Lage, praktisch mühelos Resistenzen auszutauschen, auch von einem Bakterienstamm zum nächsten. Bereits 2015 wurde das verantwortliche Gen namens mcr-1 in chinesischen Supermärkten entdeckt, ebenso in vereinzelten Patientenproben von dortigen Krankenhäusern. Nur 18 Monate später konnten in einem Viertel aller Krankenhauspatienten in bestimmten Regionen Chinas nun Bakterien mit diesem Resistenz-Gen nachgewiesen werden. Das Fazit lautet: Resistenzen breiten sich mittlerweile in einem beispiellosen Tempo aus.

Ein weiteres Beispiel für die Umweltverschmutzung sind große Mengen moderner Antibiotika und Antimykotika, also Anti-Pilzmittel, die in den Abwässern indischer Pharmahersteller gefunden wurden. In warmen Abwässern finden Bakterien ideale Lebensbedingungen – und wenn es dort Antibiotika gibt, werden sie sich anpassen und Resistenzen entwickeln. Schon heute haben Indienreisende bei ihrer Rückkehr häufig mulitresistente Keime im Gepäck, von denen sie meist nichts wissen, die ihnen jedoch bei einer späteren Erkrankung zum Verhängnis werden können – oder anderen Patienten.

Der erbitterte Kampf zwischen Bakterien auf der einen und Antibiotika auf der anderen Seite tobt jetzt seit 90 Jahren, seitdem Nobelpreisträger Alexander Fleming das Penicillin entdeckte. Dieser Kampf wird in Krankenhäusern, Forschungslaboren und Arztpraxen geführt. Die erwähnten Beispiele der Schweinemastbetriebe und der Abwässer von Pharmaherstellern stellen die Verantwortlichen jedoch vor völlig neue Herausforderungen, denen mit innovativen und vielseitigen Strategien begegnet werden muss. Erst vergangene Woche traf sich eine Arbeitsgruppe der Vereinten Nationen in Berlin, um diese Fragen zu erörtern. Denn eins ist klar: Die meisten von uns leben zwar nicht an indischen Abwasserkanälen, aber die Mikroben von dort erreichen uns alle.

 

Schautafel der US-Gesundheitsbehörde CDC über die Entstehung von Resistenzen. Das Problem der verseuchten Abwässer ist hier nicht berücksichtigt. Copyright: Centers for Disease Control and Prevention, 2013 Public Domain

Schautafel der US-Gesundheitsbehörde CDC über die Entstehung von Resistenzen. Das Problem der verseuchten Abwässer ist hier allerdings nicht berücksichtigt. Copyright: Centers for Disease Control and Prevention, 2013 Public Domain