Der Faktencheck – eine wirksame Waffe gegen Fehlinformationen?

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Picture/Credit: Anne-Marie Miller/iStock.com

In meinen Anfängen als Wissenschaftsjournalistin gehörte es zu meinen Aufgaben, die Fakten in den Artikeln eines populären Wissenschaftsmagazins zu überprüfen. Die sorgfältige Durchsicht und Kontrolle aller Namen, Daten und Grundaussagen des jeweiligen Textes reichte für die Gewissheit, dass der Leser im Magazin Fakten statt Fiktion vorfinden würde. Unbemerkt von den Lesern wird diese Form des journalistischen Faktenchecks von Magazinen wie dem TIME Magazine oder The New Yorker bereits seit den 1920er Jahren praktiziert.

Heutzutage hat wahrscheinlich jeder, der Nachrichten liest, auch schon eine andere Art von Faktencheck kennengelernt: Artikel und Medienberichterstattungen, die die Richtigkeit von gemeldeten Behauptungen oder Gerüchten überprüfen, die sich meistens auf Politiker beziehen. Solche unabhängigen Kontrollen sind eine Möglichkeit, gegen Fehlinformationen vorzugehen.

Die Faktencheck-Aktivität hat im letzten Jahrzehnt drastisch zugenommen – bereits lange, bevor Begriffe wie ‘Fake News’ oder ‘post-faktisch’ die Schlagzeilen erobert haben. Eine kürzlich durchgeführte Erhebung nennt 149 aktive Faktencheck-Projekte in 53 Ländern. Dazu zählen Gruppen innerhalb der traditionellen Medien wie der britischen BBC ebenso wie unabhängige Wohltätigkeitsorganisationen und NGOs wie Correct!v’s Echtjetzt in Deutschland. Wenig überraschend ist dabei die Tatsache, dass Politik und Wirtschaft dieses Feld dominieren. Eine Handvoll Projekte wie SciCheck oder Détecteur de Rumeurs konzentriert sich aber auch auf den Wissenschaftssektor.

Die zunehmende Bedeutung von Faktenchecks ist zum Teil eine Reaktion auf die Flut von Fehlinformationen, die sich mit der Ausbreitung des Internets und der Social Media entwickelt hat: Nie zuvor ließen sich zweifelhafte Behauptungen so problemlos, weitreichend und schnell in Umlauf bringen.

Faktenchecks bieten aber darüber hinaus auch eine Möglichkeit, Themenkomplexe gründlicher zu dokumentieren, als dies im Rahmen einer routinemäßigen Nachrichtenberichterstattung möglich ist. Um Unparteilichkeit zu wahren, wollen Journalisten möglichst alle Gesichtspunkte berücksichtigen. Dieses Anliegen kann allerdings in Kombination mit der Situation zunehmend unterbesetzter Nachrichtenredaktionen und enger Fristen paradoxerweise zu einer falschen Ausgewogenheit und irreführender Berichterstattung führen. Ein klassisches Beispiel dafür sind die Medienberichte über den Klimawandel.

„Es hat einen wachsenden Druck auf Journalisten gegeben, falsche Behauptungen von Politikern oder anderen Interessengruppen in ihrer Berichterstattung zu veröffentlichen”, sagt Lucas Graves, Faktenchecker beim Reuters Institute for the Study of Journalism in Großbritannien und früherer Journalist.

Viele Faktenchecker sehen es als hohe Priorität an, die Öffentlichkeit im Hinblick auf zu treffende politische Entscheidungen zu unterstützen, da die Überprüfung von Fakten den öffentlichen politischen Diskurs stärkt und Politiker stärker in die Pflicht nimmt.

So gibt es laut Graves viele Beispiele dafür, dass Faktenchecks Politiker zur Änderung ihrer Rhetorik bewegt haben. Der britische Channel 4 actCheck zwang beispielsweise im letzten Jahr den damaligen Gesundheitsminister Jeremy Hunt, Parlamentsprotokolle zu korrigieren, nachdem dieser behauptet hatte, dass sich die Zahl der Beschäftigten im Gesundheitswesen seit der Amtsübernahme seiner Regierung um 30.000 erhöht habe. In Wirklichkeit lag diese Zahl bei 692.

In einer bemerkenswerten experimentellen Studie in den USA wurde sogar nachgewiesen, dass sich die Anzahl negativ bewerteter Faktenchecks für Politiker reduzierte, wenn man sie an drohende Faktenchecks erinnerte.

Abgesehen davon sind solche ‚positiven Effekte‘ aber durchaus nicht allgemeingültig. Während es Hinweise darauf gibt, dass politische Parteien Faktenchecks in den Medien verfolgen, nehmen viele Politiker kritische Überprüfungen ihre Behauptungen oft einfach gar nicht zur Kenntnis.

Wie aber reagiert die Öffentlichkeit auf Faktenchecks? Insgesamt lässt ein enormer Bestand an Literatur zum Thema vermuten, dass solche Tatsachenüberprüfungen eine eher bescheidene Korrektivwirkung haben, so Graves. Aber die Sache ist kompliziert.

Zunächst einmal muss man einen Faktencheck überhaupt wahrnehmen, damit er irgendeine Wirkung ausüben kann, was bereits einen erheblichen Stolperstein darstellt. Bisher gibt es zu diesem Thema wenige Untersuchungen. Problemverschärfend wirken sich auch die Medienvorlieben Einzelner mit speziellen politischen Überzeugungen aus. „In den USA werden Menschen viel weniger wahrscheinlich einen von PolitiFact durchgefügten Faktencheck über Donald Trump sehen, wenn sie Fox News schauen”, meint Graves.

 

Faktenchecks erleben in den letzten zehn Jahren einen Boom. In der neuesten Erhebung wurden weltweit 149 aktive Projekt verzeichnet.  Credit: Duke Reporters’ Lab

 

Und können wir überhaupt davon ausgehen, dass jemand, nachdem er einen Faktencheck gesehen hat, unangebrachte Überzeugungen tatsächlich korrigiert? Das ist nämlich die Grundannahme des Deficit Model, einem von Wissenschaftskommunikatoren in den 1980er Jahren geprägten Begriff.

In Wirklichkeit sind Menschen komplexere Geschöpfe mit ideologischen Einstellungen, Emotionen und Identitäten. Belege über den Nutzen von Impfungen werden beispielsweise wohl kaum eine Mutter oder einen Vater mit einem stark entwickelten Misstrauen gegenüber der konventionellen Medizin davon überzeugen, das eigene Kind nun doch gegen Masern impfen zu lassen.

Ein bestimmtes Phänomen, der Bestätigungsfehler, besagt, dass Menschen Informationen bevorzugen, die besser zu ihren bestehenden Überzeugungen passen als Informationen, bei denen das nicht der Fall ist. Ein Impfgegner ist deshalb weniger empfänglich für Informationen von Impfbefürwortern.

Und ein ähnliches Phänomen, der Backfire-Effekt, kann deplatzierte Vorstellungen sogar noch verstärken. Wie eine Studie aus dem Jahr 2010 zeigt, waren Freiwillige stärker davon überzeugt, dass es im Vorfeld des zweiten Golfkrieges Waffenvernichtungswaffen (WMDs) im Irak gegeben hat, nachdem sie einen Artikel gelesen hatten, der beschrieb, wie keine Beweise dafür gefunden wurden.

Spätere Untersuchungen kamen jedoch zu dem Schluss, dass der Effekt selten auftritt und deshalb weniger besorgniserregend für Faktenchecker ist. Die Politikwissenschaftler Ethan Porter und Thomas Wood untersuchten die Reaktionen von Einzelpersonen mit einem Spektrum verschiedener politischer Überzeugungen auf faktische Korrekturen der Äußerungen von Politikern. „Im Großen und Ganzen nehmen Bürger faktische Informationen ernst, und zwar auch dann, wenn solche Informationen eine Herausforderung für ihre eigene ideologische Orientierung darstellen”, schlussfolgerten sie.

Dieselbe Studie wies aber dennoch nach, dass Menschen die Korrektur einer Aussage, die ihre Überzeugungen unterstützt, leichter annehmen. Dieses Resultat stimmte mit früheren Forschungsergebnissen überein. Ebenfalls entscheidend: Selbst wenn jemand akzeptiert, dass ein Politiker eine falsche Behauptung aufgestellt hat, bedeutet das nicht automatisch, dass er seine grundsätzlichen politischen Einstellungen ändert. Desgleichen wurde in einer separaten Studie nachgewiesen, dass sich dadurch nicht automatisch sein Wahlverhalten ändert.

Insgesamt sind die Reaktionen der Gesellschaft auf Faktenchecks nuanciert und komplex. Die den Wissenschaftlern so wichtigen Fakten bilden dabei nur einen Teil des Puzzles. Eines wird dennoch deutlich: Die sozialwissenschaftliche Forschung spielt eine entscheidende Rolle, wenn es darum geht, konkret zu belegen, was funktioniert und was nicht. Vor diesem Hintergrund können Faktenchecker höchst effektiv agieren und einen konstruktiven Dialog über die großen Themen anstoßen, die uns alle betreffen – einschließlich denen, die mit der Wissenschaft zu tun haben.

 

The Conversation ist eine von 149 Organisationen, die derzeit vom International Fact-Checking Network anerkannt sind. Eine der Zulassungsvoraussetzungen ist die Transparenz in den gehandhabten Verfahren, der Verwaltung und der Finanzierung.

 

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CRISPR-Cas: Der Heilige Gral in Pandoras Büchse

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„Aus großer Kraft folgt große Verantwortung.“ Obwohl dieses Zitat sehr oft dem Marvel Comic Spider-Man zugeschrieben wird, so ist es seither doch zum Synonym für neue Entdeckungen und Verfahren geworden, die großes Potential bergen, aber auch schrecklichen Schaden verursachen könnten, wenn sie nicht mit genug Vorsicht gehandhabt werden. Was geschehen könnte, wenn man das neuartige Genom-Editierungsverfahren CRISPR-Cas verwendet, ohne das Wohl der Allgemeinheit im Auge zu haben, kann man sich im neuen Hollywood-Film „Rampage“ anschauen. In dieser Filmadaption eines Videospiels werden die katastrophalen – obgleich wissenschaftlich nicht korrekt dargestellten – Konsequenzen rücksichtsloser Genomeditierung portraitiert, aufgrund derer der Held vormals friedliche Haustiere bekämpfen muss, die mittels CRISPR in Monster verwandelt wurden.

CRISPR-Cas ist zweifellos eine der bahnbrechendsten wissenschaftlichen Entwicklungen der letzten Jahre. Das Verfahren wird jedoch noch immer unter Wissenschaftlern und in der Öffentlichkeit stark diskutiert. Das geht so weit, dass sogar Hollywood davon Notiz genommen hat. Aber was genau ist CRISPR-Cas und wie funktioniert es? CRISPR (“crisper” ausgesprochen) steht für Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (dt.: gehäuft auftretende, regelmäßig unterbrochene, kurze Palindrom-Wiederholungen), welche Teil des „Immun“-Systems von Bakterien sind. Jennifer Doudna und Emmanuelle Charpentier haben gemeinsam mit ihren Postdoktoranden Martin Jinek und Krzysztof Chylinski ein Genom-Editierungsverfahren entwickelt, bei dem guide-RNA-Sequenzen verwendet werden, die speziell auf das Gen sowie das bakterielle Enzym Cas9 abzielen, um die Zielsequenz aus dem Genom herauszuschneiden. Wenn verschiedene Cas-Enzyme die guide-RNA-Sequenz begleiten, kann das System auch programmiert werden, um spezifische Gensequenzen einzufügen oder zu ersetzen. Mithilfe dieser Systeme sind Wissenschaftler in der Lage, Gene in den meisten lebenden Zellen und Organismen permanent zu verändern. Diese bahnbrechende Entdeckung wurde 2012 in einem Artikel in der Zeitschrift Science veröffentlicht. Das Schöne an dem Verfahren: Es ist schnell, günstig und relativ einfach. In Folge dessen verzeichnete die Wissenschaftswelt seit 2012 eine massive Zunahme an Projekten, Arbeiten und Patenten, die mit CRISPR zu tun haben.

Besonders die medizinische Forschungsgemeinschaft hat dieses Verfahren früh in der Hoffnung übernommen, dass die präzise Editierung von DNA genetische Krankheiten ausrotten könnte und gezielte Gentherapien zur Behandlung genetischer Ursachen von Erkrankungen ermöglichen würde. Tatsächlich haben Forscher es vor Kurzem geschafft, die Krankheitsbelastung solch entkräftender Krankheiten wie der Huntington-Krankheit und der Muskelatrophie mittels gezielter Geneditierung bei Mäusen zu reduzieren. Besonders eindrucksvoll an diesen ersten erfolgreichen Versuchen ist, dass die Forscher einen Weg gefunden haben, das CRISPR-Cas-System direkt in den Körper einzubringen. Frühere Versuche, die Immuntherapien für bestimmte Krebsarten zu verbessern, hatten einen anderen Ansatz: Blut- oder Immunzellen wurden isoliert, ihr genetischer Code so verändert, dass sie die Tumorzellen besser bekämpfen konnten, und dann wieder in den Körper eingebracht. Für die meisten Gewebearten war dieser Ansatz nicht umsetzbar. Somit mussten sowohl die guide-RNA als auch das Enzym direkt in den Körper injiziert und auf das Zielgewebe ausgerichtet werden. Sowohl RNA als auch Enzyme sind jedoch große Moleküle, die nicht einfach in die Zellen diffundieren und im Blut nicht lange beständig sind. Einige Pharmaunternehmen haben daher mit Erfolg begonnen, die beiden Komponenten an Fettpartikel zu binden, um ihre Aufnahme in die Zellen zu erleichtern. Falls diese Versuche sich als umsetzbar erweisen, könnte theoretisch jede Krankheit – von Hepatitis B bis hin zu erhöhtem Cholesterinspiegel – mithilfe des CRISPR-Cas-Systems ausgerottet werden.

 

Illustration genetisch modifizierter Lymphozyten, die eine Krebszelle angreifen. Credit: man_at_mouse/iStock.com

 

Ferner erweist sich das CRISPR-System nicht nur als äußerst nützlich bei der Behandlung von Krankheiten, es wird auch als neues vielversprechendes Diagnoseverfahren angewandt: SHERLOCK, eine weitere Ikone der Popkultur. Hier steht das Akronym jedoch für Specific High Sensitivity Reporter unLOCKing.

Ein Forscherteam in Boston hat 2017 zum ersten Mal ein angewandtes CRISPR-System, in dem die guide-Sequenz auf die RNA (statt die DNA) abzielt, als ein schnelles, günstiges und äußerst empfindliches Diagnosewerkzeug beschrieben. Das Endprodukt ist ein winziger Papierteststreifen, bei dem das Testergebnis, ähnlich wie bei einem Schwangerschaftstest, mittels eines Farbstreifens sichtbar gemacht wird.

Laut den Wissenschaftlern kann man mithilfe von SHERLOCK virale und bakterielle Infektionen aufspüren sowie Krebsmutationen selbst bei niedrigen Frequenzen finden und man könnte sogar subtile Variationen in der DNA-Sequenz ausfindig machen, die als Einzelnukleotid-Polymorphismen bekannt sind und die mit einer Unmenge an Krankheiten in Verbindung stehen. In einer neuen Studie, die dieses Jahr veröffentlicht wurde, haben die Forscher SHERLOCK verwendet, um zellfreie Tumor-DNA in den Blutproben von Lungenkrebspatienten aufzuspüren. Darüber hinaus soll ihr verbessertes Diagnoseverfahren in der Lage sein, den Zika- und den Dengue-Virus zu erkennen und diese sogar voneinander zu unterscheiden.

Die Erkennung anstelle der Editierung von genetischer Information wird möglich durch die Verwendung des Cas13a-Enzyms, eines mit CRISPR in Verbindung stehenden Proteins, das auch dazu programmiert werden kann, sich an ein spezifisches Stück RNA anzubinden. Cas13 könnte sogar gegen Virengenome, genetische Informationen, die Antibiotikaresistenz bei Bakterien verursachen, oder Mutationen, die Krebs verursachen, eingesetzt werden. Nachdem Cas13 das Ziel herausgeschnitten hat, macht es weiter und schneidet zusätzlich Stränge synthetischer RNA, die der Testlösung hinzugegeben werden. Sobald diese zusätzlichen Stränge von Cas13 geschnitten wurden, setzen diese ein Signalmolekül frei, das die sichtbare Einfärbung auf dem Testpapier verursacht. Die Forscher haben ihr Diagnoseverfahren entwickelt, um in der Lage zu sein, vier verschiedene Targets pro Test zu analysieren und zu identifizieren.

Gerade aufgrund es scheinbar unermüdliche Schneidens der CRISPR-Enzyme fragen sich aber auch viele Forscher, wie gezielt und kontrolliert diese Enzymreaktion eingesetzt werden kann. Im Mai 2017 berichtete eine Studie in der Zeitschrift Nature Methods über eine große Zahl unerwarteter Off-Target-Effekte und bezeichnete damit das Genom-Editierungsverfahren im Wesentlichen als unsicher. Die Arbeit rückte die erhitzte Debatte über die Vorhersagbarkeit und die Sicherheit dieses neuen Verfahrens in den Fokus des Fachbereichs. Im März 2018 wurde die Arbeit zurückgezogen, nachdem zahlreiche Forscher die Methoden und besonders die Kontrollverfahren der ersten Arbeit in Frage gestellt hatten. Die Off-Target-Effekte, die zuvor beobachtet wurden, seien möglicherweise statt auf das verwendete CRISPR-Cas-Verfahren auf die verschiedenen genetischen Hintergründe der Mäuse zurückzuführen.

Nichtsdestotrotz warnen viele Forscher ihre Kollegen, dass das CRISPR-System und seine möglichen Nebenwirkungen bisher noch nicht vollkommen verstanden würden. Ein weiteres Puzzleteil könnte ein natürlicher Ausschalter für Cas9 sein, der in einem anderen Bakterium gefunden wurde und helfen könnte, das enzymatische Genom-Editierungssystem in Zukunft zu kontrollieren.

Mögliche Nebenwirkungen oder Off-Target-Effekte sind jedoch keineswegs das einzige Futter für heiße Debatten über den CRISPR-Werkzeugkasten. 2015 haben chinesische Wissenschaftler berichtet, dass sie das Genom eines menschlichen Embryos verändert hätten. Obwohl der Embryo nicht lebensfähig war, entbrannte darüber eine hitzige ethische Diskussion und der Vorfall erzeugte vielerlei negative Assoziationen im Zusammenhang mit genetisch veränderten Menschen.

Abgesehen von den medizinischen Anwendungen hält CRISPR-Cas auch große Möglichkeiten für die Landwirtschaft bereit. Das Genom-Editierungsverfahren könnte zur Erzeugung von Pflanzen beitragen, die resistent oder zumindest toleranter gegen Pilzbefall, Insekten oder extreme Wetterphänomene wie Hitzewellen, Dürren oder Starkregen sind. Diese Wetterphänomene treten in den letzten Jahren aufgrund des Klimawandels immer häufiger auf und können ganze Ernten zerstören. Die Pflanzen könnten auch größere Erträge erzeugen oder bestimmte Vitamine liefern (z. B. Golden Rice) und somit eine große Erleichterung bei der Bekämpfung des Welthungers darstellen. Die Debatte jedoch geht weiter und wirft die Frage auf, ob durch CRISPR eingeleitete Genmutationen ein genetisch verändertes Produkt (GMO) zum Ergebnis haben, das auch als solches gekennzeichnet werden sollte. GMO-Produkte werden von vielen Kunden kritisch gesehen und werden daher schwierig zu vermarkten sein.

Fakt bleibt, dass das CRISPR-Cas-System einen bedeutenden Meilenstein der modernen Wissenschaft darstellt, der über ein scheinbar endloses Potential verfügt. Dieses erstreckt sich von diagnostischen Tests, der Heilung fast jeder erdenklichen Krankheit, der Bekämpfung des Mangels an Transplantationsorganen, bis hin zur Linderung des Welthungers. Und dennoch muss ein System, das so komplex ist wie CRISPR-Cas, mit der gebotenen Sorgfalt gehandhabt werden, um die Risiken und Nebenwirkungen zu minimieren. Zudem macht die Entscheidung, den genetischen Code von (menschlichen) Embryos zu verändern, weitere tiefgehende ethische und moralische Erwägungen erforderlich.

 

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Unbekannte Risiken: Wie kann synthetische Biologie reguliert werden?

Die synthetische Biologie nutzt Werkzeuge aus der Gentechnik, um lebende Organismen mit besonderen Funktionen zu entwerfen und zusammenzubauen. Picture/Credit: artoleshko/iStock.com

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In der schnelllebigen Welt der synthetischen Biologie sind Entdeckungen eng mit ihren gesellschaftlichen Auswirkungen verknüpft. Mit Methoden aus der Gentechnik entwerfen, kreieren und konstruieren Forscher in diesem Wissenschaftszweig – zuweilen von Grund auf neue – lebende Organismen mit einer speziellen Funktion. Gymnasiasten können mit Hilfe eines im Handel erhältlichen Baukastens nach Bananen riechende Bakterien herstellen, eine Firma produziert anhand von synthetisch erzeugter Hefe im großen Umfang Medikamente gegen Malaria und Forscher haben eine Mikrobe entwickelt, die das Verhalten von Bienen verändert.

Zwar handelt es sich hierbei um spielerische und praktische Anwendungsmöglichkeiten, doch die Instrumente der synthetischen Biologie lassen sich möglicherweise auch anderweitig einsetzen. Da die Risiken, die eine unkontrollierte Freisetzung eines synthetischen Organismus für die Umwelt, die öffentliche Gesundheit und die nationale Sicherheit bergen kann, unbekannt sind, ist es nur schwer vorstellbar, auf welche Weise sich die Produkte der synthetischen Biologie regulieren lassen.

Das hält Forscher und Sozialwissenschaftler jedoch nicht davon ab, es zu versuchen: An einer Veranstaltung zum Thema Technologische Entwicklung und Risikobeherrschung in der synthetischen Biologie auf der Jahrestagung der American Association for the Advancement of Science nahmen Mitte Februar etwa 120 Personen teil. In politischen Diskussionen über gentechnisch veränderte Organismen deuten sich mögliche Streitpunkte bezüglich der Regulierung dieses Wissenschaftszweiges an und Forscher können einen wichtigen Beitrag zu diesen Diskussionen leisten.

 

Risiken: Unbekannt

Bei der Veranstaltung beschrieb der Biochemiker Andrew Ellington von der Universität Texas in Austin eines seiner Projekte, das Auswirkungen auf die zukünftige nationale Sicherheit haben könnte. Ellington und seine Mitarbeiter wollten eine Mikrobe, die das Verhalten von Bienen verändert, entwickeln. Die Forscher stellten sich vor, falls ihnen dies gelänge, Afrikanisierte Honigbienen mit maßgeschneiderten Probiotika zu füttern, um sie weniger aggressiv zu machen, oder bestäubenden Bienen Probiotika zu verabreichen, die sie dazu animieren sollen, sich vom Nektar pestizidfreier Pflanzen zu ernähren, um einen Völkerkollaps zu verhindern.

Ellington und seine Arbeitsgruppe stellten gentechnisch veränderte Mikroben her, die L-Dopamin produzierten, ein chemisches Signal im Gehirn, das Auswirkungen auf das Lernen hat. Anschließend fütterten sie Bienen mit den gentechnisch veränderten Mikroben und versetzten ihnen gleichzeitig mit der Abgabe eines speziellen Geruchs einen Stromschlag. Bienen mit den gentechnisch veränderten Mikroben in ihrem Darm fuhren bei dem Geruch ihren Stachel aus und lernten den Stromstoß etwas schneller zu antizipieren als normale Bienen. Sie schienen sich außerdem länger an den Zusammenhang zwischen Geruch und Stromschlag zu erinnern als normale Bienen.

Ellington kündigte an, mit seiner Arbeitsgruppe diese Dopamin produzierenden Mikroben als mögliche Therapie der Parkinson-Erkrankung an Mäusen – und schließlich am Menschen – testen zu wollen. Die Überlegung, solche Mikroben, die das Verhalten beeinflussen können, am Menschen zu testen, wirft jedoch große gesellschaftliche Fragen auf: Könnten diese gentechnisch erzeugten Organismen eine mögliche Sicherheitsbedrohung sein? Welche Risiken bestehen für Gesundheit und Umwelt, sollten diese Organismen außer Kontrolle geraten?

Risiken, die von Nanomaterialien, gentechnisch erzeugten Kulturpflanzen und chemischen Waffen im Falle ihrer Verbreitung durch die Luft, das Wasser oder den Boden ausgehen, werden bereits über verschiedene Regulationen analysiert. Dabei wird berücksichtigt, welche Auswirkungen sie auf Gesundheit und Umwelt haben. Diese Systeme sind effektiv, vorausgesetzt man versteht die Gefahren, kennt die Risiken einer Exposition und kann die Organismen und Substanzen kontrollieren.

Herkömmliche Risikobewertungen sind jedoch nach Aussage von Igor Linkov, Leiter des Risk and Decision Science Team des Corps of Engineers der US-Streitkräfte, auf die synthetische Biologie nicht anwendbar. Synthetisch erzeugte Organismen sind häufig so konstruiert, dass sie die an ihnen vorgenommenen genetischen Veränderungen an ihre Nachkommen weitergeben. Das bedeutet, dass es bei einer unkontrollierten Freisetzung zu einer Verbreitung genetischer Informationen kommen könnte, mit Auswirkungen auf andere Tierarten.

 

Lektionen aus der Geschichte gentechnisch veränderter Organismen

 Anhaltspunkte dafür, welche Elemente für die effektive Regulierung synthetischer Biologie wichtig sein könnten, finden sich in der Geschichte genetisch veränderter Organismen. Jennifer Kuzma von der North Carolina State University, die sich mit der Verwaltung neuer Technologien beschäftigt, verfolgte im Jahr 2014 die Entwicklung von Richtlinien bezüglich gentechnisch veränderter Insekten und Pflanzen zurück und stellte fest, dass das dabei vorlegte Tempo keine Zeit für eine Beteiligung der Öffentlichkeit ließ. Umwelt- und Verbraucherverbände reagierten darauf, indem sie Druck auf die Politik ausübten und sie auf diese Weise zwangen, Maßnahmen zu ergreifen, die den Regulierungsprozess in neue Bahnen lenkten.

Zuweilen verhindern Hürden im Rahmen eines solchen Regulierungsprozesses jedoch auch, dass neue Produkte ihren Weg zum Verbraucher finden. Thomas Bostick, Chief Operating Officer bei Intrexon, war dabei, als das Unternehmen versuchte, einen gentechnisch veränderten Lachs auf dem US-amerikanischen Markt zu etablieren. Der AquAdvantage-Lachs enthält ein Gen, das bewirkt, dass er sein Schlachtgewicht bereits in der Hälfte der Zeit eines normalen Lachses erreicht, dabei aber 75 % weniger Futter benötigt und auch ohne Impfungen oder Antibiotika gesund bleibt. Dieser gentechnisch erzeugte Lachs könnte zudem in binnenländischen Betrieben produziert werden, wodurch sich Krankheiten und Parasiten vermeiden ließen, die aus den offenen Käfigen typischer Lachsfarmen in sie umgebende marine Ökosysteme gelangen.

 

 

Der größere dieser gentechnisch veränderten Lachse produziert ein Wachstumshormon, das dafür sorgt, dass er doppelt so schnell wie seine Schwester das Schlachtgewicht erreicht. Picture/credit: AquaBounty Technologies

 

Die 20 Jahre dauernde Entwicklung dieses Lachses wurde jedoch nach Ansicht von Bostick größtenteils durch die im Rahmen des Regulierungsprozesses ausgefochtenen Kämpfe verzögert. Obwohl die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) den AquAdvantage-Lachs als sicher eingestuft hat, kann dieser noch nicht in den Geschäften verkauft werden. In den Jahren 2016 und 2017 hat ein Gesetzentwurf, der ausdrücklich die Kennzeichnung des AquAdvantage Salmon als gentechnisch veränderten Organismus vorschreibt, die FDA dazu veranlasst, die Einfuhr gentechnisch veränderter Lachse zu blockieren. Jetzt wartet die FDA darauf, dass das Landwirtschaftsministerium der USA eine Entscheidung bezüglich der Kennzeichnungsvorschriften trifft, denn erst dann können Regelungen verabschiedet werden, die den Verkauf des Lachses in den Geschäften erlauben. Das Regulierungssystem müsse also bezüglich der Anerkennung von Innovationen flexibel sein, so Bostick.

 

Risikobeherrschung durch Partizipation und Antizipation

Kuzma stellte verschiedene Möglichkeiten zur Verbesserung der Risikobewertung für Anwendungsbereiche der synthetischen Biologie vor. Zunächst muss der politische Prozess einen Mittelweg einschlagen, der die Erkenntnisse und Vorgehensweisen der Wissenschaft berücksichtigt, gleichzeitig aber auch die wertorientierten Bedenken der Bürger anerkennt. Außerdem sind für das System Partizipation und Antizipation erforderlich.

Es existieren verschiedene Modelle für Gesetzgebungsverfahren, die auf die synthetische Biologie anwendbar wären. Kuzma beschreibt ein Modell, das sie gemeinsam mit Christopher Cummings von der Nanyang Technological University in Singapur entwickelte und das Politiker bei der Bewertung der Risiken der synthetischen Biologie unterstützen könnte. Die Forscher befragten 48 Wissenschaftler, die in der synthetischen Biologie tätig sind, zu Fallstudien von vier Forschungsprojekten: Biomining mit Hilfe von gentechnisch stark veränderten Mikroben in situ, „Cyberplasma“ zur Umwelterfassung, Wiederbelebung der Wandertaube und gentechnisch erzeugte pflanzenassoziierte Mikroben zur Bindung von Stickstoff in Nicht-Leguminosen.

Die Befragten gaben für jede Fallstudie an, inwieweit Erkenntnisse in Bezug auf die folgenden acht Kategorien vorlagen: (1) Risiken für die menschliche Gesundheit, (2) Risiken für die Umwelt, (3) mangelnde Beherrschbarkeit, (4) Irreversibilität, (5) Wahrscheinlichkeit, dass sich eine Technologie auf dem Markt etabliert, (6) fehlender Nutzen für die menschliche Gesundheit, (7) fehlender Nutzen für die Umwelt und (8) erwartetes Ausmaß der öffentlichen Besorgnis.

Anschließend stellten die Forscher die durchschnittliche Bewertung für die einzelnen Kategorien der jeweiligen Fallstudien in einem achteckigen Schaubild grafisch dar, um die Beziehung zwischen den Kategorien aufzuzeigen. Ein Defizit in der Kategorien Risiken für die Umwelt bzw. Risiken für die menschliche Gesundheit legt weitere Forschung auf diesem Gebiet nahe, während geringe Gesundheitsrisiken und starke öffentliche Besorgnis eine Informationskampagne rechtfertigen könnten. Das gleiche Instrument lässt sich möglicherweise auch dafür einsetzen, bereits früh während der Regulierungsentwicklung die Sichtweise beunruhigter Bürger einschätzen zu können.

Mit der Frage, wie sich die synthetische Biologie regulieren lässt, sollten aber nicht nur Sozialwissenschaftler ringen. Es liege auch in der Verantwortung der Forscher weltweit, die politischen Auswirkungen ihrer Arbeit sowie die damit verbundenen Unsicherheiten zu vermitteln, heißt es in einem Bericht des globalen Wissenschaftsakademie-Netzwerks IAP aus dem Jahr 2012. „Der wissenschaftlichen Fachwelt kommt die Aufgabe zu, sich an Diskussionen über die Auswirkungen der synthetischen Biologie, die diesbezüglichen Bedenken sowie die Risikobeherrschung zu beteiligen, angefangen von der Konzeption der Forschung über die Finanzierung bis hin zur Durchführung“, meint Katherine Bowman von den National Academies of Science, Engineering, and Medicine.

Die heilende Macht der Technologie

 

Die Allgegenwart von Smartphones und sozialen Medien ist ein überzeugendes Argument für ihren Einsatz zur Überwachung und sogar zur Verbesserung der psychischen Gesundheit. Wenn jeder bereits ein technisch hochentwickeltes Gerät in der Tasche trägt, warum sollte dessen Potential nicht genutzt werden? Mit Hilfe der ausgeklügelten Sensoren, mit denen diese Geräte ausgestattet sind, lässt sich kontinuierlich und unauffällig eine Fülle an Informationen erfassen, ohne dass der Nutzer selbst etwas dazu beitragen muss.

Dieses Konzept der passiven Sensorik existierte bereits vor der Erfindung des Smartphones und wird aktuell beispielsweise zur Überwachung des Schlafs und körperlicher Aktivitäten genutzt. Gerade weil diese Methode so unauffällig ist, eignet sie sich hervorragend für die Überwachung der psychischen Gesundheit, denn gerade in diesem Bereich ist ein sensibles, unaufdringliches Vorgehen angebracht. Apps, die aktuell für diesen Zweck genutzt werden, erfassen meist Daten über den Standort und die körperliche Aktivität sowie Informationen aus Telefonaten und Textnachrichten. Diese Daten werden von der Software ausgewertet, um festzustellen, ob sich beim Nutzer Anzeichen einer Depression bzw. Hinweise auf Einsamkeit oder Stress zeigen. Erste Studien haben gezeigt, dass dieses Konzept praktikabel und für die Beurteilung der psychischen Verfassung geeignet sein könnte. Auch im Vergleich zu herkömmlichen Methoden schnitt es positiv ab.

Eine mögliche Schwachstelle der Gesundheitsüberwachung durch das Smartphone ist die Frage nach der Datensicherheit. Neben der sicheren Übermittlung bzw. Verschlüsselung sämtlicher Daten ist die Nutzung personenbezogener Daten durch Dritte ein gleichermaßen wichtiges Thema. Ein weiterer offener Punkt ist die Frage, wie sich passive Sensorik am besten mit der Behandlung psychischer Probleme durch Fachkräfte kombinieren lässt.

Bei einer weiteren passiven Methode zur Überwachung des psychischen Zustandes kommen Algorithmen des maschinellen Lernens zur Anwendung. Das Programm durchkämmt Einträge in sozialen Medien nach sprachlichen Auffälligkeiten und anderen Mustern, die auf eine Depression oder Selbstmordgedanken hindeuten könnten. Bei diesem Konzept bestehen allerdings erhebliche Bedenken. Zum einen bleibt es fraglich, in welcher Weise Unternehmen wie Facebook die von ihnen erfassten Daten nutzen. Tatsächlich scheint das Unternehmen mit seinen Plänen in puncto Online-Datenschutz bereits gegen strenge EU-Gesetze verstoßen zu haben; im Jahr 2017 sah sich Facebook gezwungen, richtigzustellen, dass es zwar den Gefühlszustand der Nutzer ausgewertet, diese Informationen aber nicht an Dritte zu Werbezwecken weitergeleitet habe. Darüber hinaus bleibt Facebook zurückhaltend bei der Frage nach den genauen Methoden, mit denen es beunruhigendes Online-Verhalten ermittelt und wie die Algorithmen validiert werden. Die Situation bleibt angespannt.

Ein aktiveres Technologiekonzept zur Verbesserung der psychischen Verfassung sind sogenannte digitale Therapien, Apps, welche die Stimmung eines Nutzers täglich überwachen und gezielt Aktivitäten vorschlagen, die laut Angaben der Entwickler das Wohlbefinden fördern. In den letzten Jahren war eine auffallende Ausbreitung derartiger Tools zu beobachten; heute gibt es bereits tausende. Die große Auswahl von mittlerweile tausenden solcher Apps, die in vielen Fällen nie wissenschaftliche getestet wurden, veranlasstem den Vorsitzenden des Arbeitskreises zur Evaluation von Smartphone-Apps der American Psychiatric Association, die Situation als „…Wilder Westen des Gesundheitswesens“ zu beschreiben. Eine 2017 durchgeführte Metaanalyse sollte Licht ins Dunkle bringen. Die Autoren der Studie werteten Daten aus 18 randomisierten, kontrollierten Studien aus und kamen zu dem Schluss, dass Smartphone-Apps bei der Behandlung von Depressionen signifikante positive Effekte zeigten.

 

Digitale Therapien überwachen die Stimmung des Nutzers und schlagen Handlungen, um die psychische Verfassung zu verbessern. Photo/Credit: Martin Dimitrov/iStock.com

Eine weitere App namens iFightDepression wird aktuell in einer randomisierten Kontrollstudie in Spanien getestet. Die Anwendung wurde im Rahmen einer Initiative der European Alliance Against Depression entwickelt und soll „den Einzelnen im eigenständigen Umgang mit den Symptomen der Depression sowie bei der Förderung seiner Genesung unterstützen“. Das auf den Grundsätzen der kognitiven Verhaltenstherapie basierende Tool sieht neben dem Prinzip des Selbst-Managements auch eine Begleitung durch Ärzte und ausgebildete Fachkräfte vor. 

Neben den Fragen nach Datensicherheit und Validierung von Health-Apps, bestehen Bedenken, dass die willkürliche und übermäßige Nutzung solcher Tools wie auch der sozialen Medien das Wohlbefinden negativ beeinflussen könnte. Selbst der Social-Media-Riese Facebook hat jetzt eingestanden, dass sich Nutzer, die ihre Zeit mit dem „passiven Konsum von Informationen“ verbringen, danach schlechter fühlen. Salesforce CEO Marc Benioff forderte, dass Technologien und soziale Medien genau wie die Tabakindustrie reguliert werden sollten, da sie seiner Ansicht nach ein ähnliches Suchtpotenzial aufweisen und ähnliche Risiken für die psychische Verfassung bergen. Der einflussreiche Philanthrop George Soros beschrieb Social-Media-Unternehmen als „Bedrohung”, deren „Tage gezählt sind“. Auch viele Wissenschaftler führen die seit 2012 beobachtete massive Zunahme depressiver Erkrankungen bei US-amerikanischen Jugendlichen in erster Linie auf die explosionsartige Smartphone-Nutzung zurück.

Wenn Technologien selbst Symptome auslösen, sind dann technologie-basierte Lösungen wirklich die Antwort? Und wie stellen wir sicher, dass sensible personenbezogene Daten nicht in die Hände von „Bösewichten“ fallen oder in einer Art und Weise genutzt werden, die unser Recht auf Privatsphäre gefährdet? Nicht zuletzt bedeutet das ungezügelte Wachstum in diesem Sektor, dass Bemühungen zur Evaluation mit der großen Anzahl unterschiedlicher Apps und Konzepte nicht Schritt halten können. Potentielle Nutzer stehen darum einer gigantischen Palette an Produkten zweifelhafter Wirksamkeit gegenüber. Wie der Wilde Westen steckt das technologie-basierte Konzept der Überwachung und Verbesserung der psychischen Gesundheit voller Potenzial; aufgrund fehlender Regulierung und dem Mangel an wissenschaftlichen Evaluationen birgt es aber auch Gefahren.

“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