Drei Pioniere der „Computational Chemistry“ wurden mit dem Chemie-Nobelpreis 2013 ausgezeichnet. Martin Karplus, Michael Levitt und Arieh Warshel schufen in den 70er-Jahren die Grundlagen für die auf der Verbindung von klassischer und Quantenmechanik beruhende Simulation der Molekulardynamik.  

Um Relationen zwischen der Struktur eines Moleküls und seiner Funktion (also seiner potentiellen Wechselwirkung mit anderen Strukturen) zu finden, stoßen experimentelle Methoden immer wieder an ihre Grenzen. Unterstützung kann hier die Modellierung mithilfe von Computer-Programmen bieten. Je komplexer molekulare Systeme werden – man denke etwa an die Wechselwirkung biologischer Makromoleküle – desto schwieriger wird aber auch deren theoretische Behandlung. Besonders die quantenmechanische Beschreibung, der eine Aufgliederung eines molekularen Systems in Kerne und Elektronen zugrundeliegt, wird in solchen Fällen aufgrund der hohen Zahl an auftretenden Freiheitsgraden schnell kalkulatorisch unbeherrschbar.

Martin Karplus

Bild: Martin Karplus 

Einfacher ist vielfach die Beschreibung der Bewegung von molekularen Systemen auf der Grundlage der klassischen Newtonschen Mechanik, diese gibt allerdings die genauen Bindungsverhältnisse am Ort des Geschehens nicht wieder. Martin Karplus, Michael Levitt und Arieh Warshel waren Pioniere darin, beide Vorgehensweisen auf physikalisch sinnvolle Weise miteinander zu verbinden (was in sogenannte Multiskalen-Modellen verwirklicht ist). Vor allem in der Simulation der dreidimensionalen Struktur von Proteinen hat diese Methodik seither breite Anwendungen gefunden.

Drei Doppelstaatsbürger und ein halber Österreicher

Ein bisschen kann sich auch Österreich über die diesjährige Verleihung freuen: Martin Karplus, der sowohl die US-amerikanische als auch die österreichische Staatsbürgerschaft hat, wurde 1930 in Wien geboren, musste aber 1938 vor den Nationalsozialisten fliehen. Er promovierte 1953 am California Institute of Technology bei Linus Pauling und ist seit 1979 Professor an der Harvard-Universität, zudem hat er eine Professur an der Universität Straßburg inne.

Michael Levitt

Bild: Public Domain

Michael Levitt wurde 1947 in Pretoria (Südafrika) geboren ist heute Staatsbürger der USA und Großbritanniens. Er promoviert an der Universität Cambridge (UK) und forscht gegenwärtig an der Standford University in Kalifornien. Arieh Warshel wurde 1940 im Kibbutz Sde-Nahum in Israel geboren. Er promovierte am Weizmann Institute of Science, heute ist er Professor an der University of Southern California, Los Angeles. Er ist israelischer und US-amerikanischer Staatsbürger

Arieh Warshel

Bild: Wikipedia-User Catgunhome/Creative-Commons-Lizenz

Der diesjährige Nobelpreis für Physik geht an Peter W. Higgs und François Englert, die in den 1960er-Jahren eine Theorie zur Wechselwirkung von Elementarteilchen mit dem sogenannten Higgs-Feld entwickelten. Späte experimentelle Bestätigung fand der Mechanismus durch ein Experiment am CERN im Jahr 2012.

Chemiker sind gewohnt, dass eine der grundlegenden Eigenschaften von Teilchen der Besitz einer bestimmten Masse ist. Das seit Ende der 60er-Jahre in der Elementarteilchenphysik benutzte sogenannte „Standardmodell“ beruht auf einer weiter reichenden Überlegung: Demnach „erhalten“ Teilchen wie Elektronen oder Quarks  ihre Masse erst durch Wechselwirkung mit einem das ganze Universum ausfüllenden Feld, dem heute so genannten Higgs-Feld.

Die Theorie dieses Mechanismus wurde 1964 unabhängig voneinander von Peter W. Higgs und François Englert (gemeinsam mit seinem 2011 verstorbenen Kollegen Robert Brout) entwickelt. Experimentell nachgewiesen kann nach dieser Theorie prinzipiell nicht das Feld selbst, sondern nur dessen Feldquanten, die „Higgs-Bosonen“. Dazu sind allerdings so hohe Energien nötig, dass die experimentellen Möglichkeiten der Teilchenphysik lange Zeit nicht zu einem solchen Nachweis ausreichet. Erst im Juli 2012 wurde am Large Hadron Collider des Kernforschungszentrums CERN ein Experiment durchgeführt, das nach den bisher durchgeführten Analysen das Higgs-Telchen mit hioer Wahrscheinlichkeit gefunden haben dürfte. Die endgültige Bestätigung durch die vollständige Auswertung der Daten wird bis Ende 2013 erwartet.

François Englert wurde in 1932 in Etterbeek, Belgien geboren und forschte an der Freien Universität Brüssel, wo er 1998 emeritierte. Der Brite Peter W. Higgs ist Jahrgang 1929 und verbrachte den Hauptteil seines Forscherlebens an der Universität Edinburgh.

François Englert

Pnicolet via Wikimedia Commons

Der diesjährige Nobelpreis für Medizin und Physiologie geht an drei Forscher, die sich mit den molekularen Grundlagen des Vesikeltransports in Zellen beschäftigt haben: Randy Schekman entdeckte Schlüsselgene, die diesen Vorgang regulieren; James Rothman beschrieb den Protein-Komplex, der die Fusion der Vesikel  mit ihren Zielmembranen ermöglicht; Thomas Südhof untersuchte die Rolle von Vesikeln bei der Signalübermittlung zwischen Nervenzellen.

Der Transport über Vesikel – von einer Membran umgebene Bläschen innerhalb einer Zelle – stellt eine Möglichkeit dar, um Verbindungen an ihren Bestimmungsort innerhalb der Zelle zu bringen  oder sie aus der Zelle freizusetzen. An seinem Ziel angelangt, vereinigt sich ein Vesikel mit der Membran der Zelle oder eines Organells, und entlässt so seinen Inhalt in den davon umschlossenen Raum (oder eben die extrazelluläre Matrix). Doch wie weiß ein Vesikel, zu welchem Ziel es welchen Typus von Molekül befördern soll? Bei der Lösung dieser Frage haben sich die drei in diesem Jahr mit dem Medizin-Nobelpreis ausgezeichneten Wissenschaftler Verdienste erworben.

Molekulare Verkehrssteuerung

Bereits in den 1970er-Jahren begann Randy Schekman, sich mit der genetischen Basis für den organisierten Transport über Vesikel zu interessieren. Er untersuchte Hefezellen, die defekte Transportsysteme aufwiesen und in denen es dadurch zur Anhäufung von Vesikeln in bestimmten Teilen der Zelle kam. Dabei gelang es ihm, jene Gene zu identifizieren, deren Mutation diese Schäden bewirkten und diese in drei Gruppen zu untergliedern, die für unterschiedliche Aspekte des vesikulären Transports wichtig waren. Schekman wurde 1948 in Minnesota (USA) geboren und verbrachte den Hauptteil seines Forscherlebens an der Universität von Kalifornien in Berkeley. Darüber hinaus ist er heute am Howard Hughes Medical Institute in Chevy Chase, Maryland, tätig.

Randy Schekman

Bild: Howard Hughes Medical Institute

Auf der Ebene der Proteine beschäftigte sich James Rothman mit dem Vesikeltransport. Er fand dabei, dass die Ausbildung eines Protein-Protein-Komplexes es den Vesikeln ermöglicht, an ihre Zielmembran anzudocken und den Prozess der Fusion einzuleiten. Weil unterschiedliche Proteine dabei unterschiedlichen Orten in der Zelle oder an der Zellmembran entsprechen,  kann auf diese Weise die Lenkung des intrazellulären Verkehrs gesteuert werden.Rothman wurde 1950 in Massachusetts den USA geboren  und forschte am MIT, an den Universitäten Stanford und Princeton, am Memorial Sloan-Kettering Cancer Institute und an der Columbia University. Seit 2008 hat er eine Professur an der Universität Yale in New Haven, Connecticut, inne.

James Rothman

Bild: Yale University

Entscheidend für die Signalübertragung an den Synapsen

Für die Rolle der Vesikel bei der Ausschüttung von Neurottransmittern an den Synapsen des Zentralnervensystems  interessierte sich Thomas Südhof. In diesem Fall dient das zelluläre Transportsystem der Reizweiterleitung zwischen der Nervenzellen, muss zeitlich also äußerst präzise reguliert sein. Südhof konnte zeigen, dass Proteine, die auf den Zustrom von Calcium-Ionen reagieren, Nachbarproteine sehr schnell zur Bindung der Vesikel an die Außenmembran veranlassen können. Thomas Südhof, der diese Entdeckungen in den 90er-Jahren machte, wurde 1955 in Göttingen (Deutschland) geboren. Nach einem Doktorat in Neurochemie ging er 1983 in die USA, wo er am University of Texas Southwestern Medical Center in Dallas und am Howard Hughes Medical Institute forschte. Seit 2008 ist er Professor an der Universität Stanford.

Thomas Südhof

Bild: Stanford Univesrity

Die Studie „Chemical Customer Connectivity Index“ konstatiert eine schwache Entwicklung des europäischen Chemiegeschäfts in den vergangenen 12 Monaten. Umso wichtiger würden Kooperationen über die Lieferkette hinweg und die Rolle der Distributoren.

Die alljährlich publizierte C3X-Studie (Chemical Customer Connectivity Index) weist aus, dass sich das Geschäft für europäische Chemieproduzenten in den vergangenen 12 Monaten schwächer entwickelt hat, als die Branchenteilnehmer das vor einem Jahr erwartet hätten.  Jedes vierte befragte Unternehmen sprach von einem Nachfragerückgang – deutlich mehr als noch vor einem Jahr. Dennoch ist es 60 Prozent der Chemikalien-Hersteller gelungen, ein Wachstum zumindest im einstelligen Prozentbereich zu erzielen. Entspannt hat sich auch die Situation auf den Rohstoffmärkten (und damit -preise), noch vor einem Jahr stand der Zugang zu alternativen Rohstoffen an der Spitze der Anforderungen, die Kunden der Chemieindustrie an ihre Lieferanten stellten.

Interessant ist, dass sich angesichts der veränderlichen Rahmenbedingungen die Bedeutung der Zusammenarbeit entlang der Lieferkette verstärkt hat. Von 2012 auf 2013 hat der Anteil der Chemieunternehmen, die den Grad der Kooperation mit ihren Kunden als „hoch“ oder „sehr hoch“ einschätzen, von 74 auf 84 Prozent erhöht. Eine Veränderung sehen die Studienautoren auch in der Rolle der Chemiedistributoren: „Bestand ihre Aufgabe ursprünglich darin, das Kleinkundengeschäft zu übernehmen und die Komplexität bei den Chemieunternehmen zu reduzieren, finden sich Distributoren zunehmend in der Rolle eines Partners auf Augenhöhe wieder“, so Robert Renard von A.T. Kearney.  Als solche würden sie durch die Übernahme von Formulierungsschritten kundenspezifische Produkte bereitstellen statt solche lediglich zu verteilen.

Der Chemical Customer Connectivity Index
Im Rahmen der C3X-Studie wurden rund 150 Führungskräfte aus Chemie- und Kundenindustrien aus Europa, den USA, Indien, Südkorea und China befragt. Durchgeführt und analysiert wird die Umfrage vom Beratungsunternehmen A.T. Kearney, der Monatszeitung Chemanager Europe und der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster.

<a href=http://www.wissenschaftsrat.ac.at>Wissenschaftsrat</a> und Universitätenkonferenz haben ihre Wünsche an eine neue Bundesregierung deponiert. Eine verstärkte Profilbildung der Universitäten wird dabei ebenso gefordert wie die Stärkung der Grundlagenforschung oder eine auf Kapazitäten abgestimmte Studienplatzfinanzierung.

Zwar seien mit Hochschulmilliarde, Studienplatzfinanzierung und Hochschulkonferenz in der vergangenen  Legislaturperiode bereits wichtige Schritte gesetzt worden, dennoch stehe eine Reihe von wichtigen Maßnahmen an, heißt es in einer Aussendung des Wissenschaftsrats. So weise das österreichische Hochschulsystem eine „unübersichtliche Struktur“ auf, die Weiterentwicklung von Universitäten, Fachhochschulen und Pädagogischen Hochschulen solle daher in einem abgestimmten Prozess stattfinden. Auch fordert das Gremium, das den Wissenschaftsminister in Fragen der Hochschulpolitik berät, die Fortsetzung und Intensivierung der Profil- und Schwerpunktbildung an den Universitäten und regt Studienplatzfinanzierung und flächendeckende leistungsorientierte Zulassungsregelungen an.

Gerade die letzte Forderung trifft auch bei der Universitäten-Konferenz Uniko auf Zustimmung. Deren Präsident, der Salzburger Rektor Heinrich Schmidinger, gab darüber hinaus der Hoffnung Ausdruck, dass die nächste Bundesregierung in ihrer Gesamtheit die hinreichende Ausstattung der Universitäten als Chance und nicht als bloße Pflichtübung begreife.

Von 1. bis 3. Oktober findet im Design Center Linz die Fachmesse <a href=http://linz.smart-automation.at>Smart Automation</a> statt. Einige Anbieter von Automatisierungslösungen für die Fertigungs- und Prozessindustrie werden dabei unter dem Schlagwort „Industrie 4.0“ auch einen Blick in die Zukunft der Produktion werfen.

Das Ziel sei dabei, die Automatisierungsstruktur der Zukunft so zu gestalten, „dass extrem wandlungsfähige Produktionsanlagen entstehen, die schnell und einfach auf sich ändernde Kundenwünsche reagieren können“, wie es in einer Aussendung von Messeveranstalter Reed Exhibitions heißt. Erste Ansätze dazu finde man bereits in den Bereichen Prozessleittechnik, Antriebs- und Steuerungstechnik, Sensorik sowie industrielle Kommunikation.

Siemens: integrative Software als Schlüsseltechnologie

Einer der Aussteller, die den Begriff „Industrie 4.0“ in ihrem Auftritt expressis verbis aufgreifen, ist <a href=http://www.siemens.com/industry>Siemens</a>. Es sei zwar noch ein langer Weg bis zu deren Realisierung, doch könne man schon heute den Grundstein für die zukünftige Entwicklung legen. Den Siemens-Experten zufolge kommt die entscheidende Rolle dabei Software-Produkten zu, die eine Integration von Produktentwicklung und  Produktion und somit eine ganzheitliche Optimierung der Entwicklungs- und Produktionsprozesse ermöglichten. Die zunehmende IT-Durchdringung und wachsende Integration aller Technologien in der Industrie vollziehe sich aus heutiger Sicht in evolutionären Schritten – rückblickend betrachtet, könne sich aber die vollständig IT-basierte Interaktion zwischen Mensch, Produkt und Maschine als eine echte industrielle Revolution erweisen.

Weitere Schwerpunktthemen der diesjährigen Smart Automation sind energieeffiziente Antriebe, SPS- und IPC-basierte Steuerungen, präzise Sensorik und Trends in der industriellen Kommunikation. Insgesamt sind 179 Direktaussteller im ausgebuchten Design Center vertreten.

Nach der Aufstockung der Anteile an <a href=http://www.analytik-jena.de>Analytik Jena</a> strebt <a href=http://www.at.endress.com>Endress + Hauser</a> nun nach der Übernahme des Laborgeräte-Anbieters. Der im Rahmen eines Pflichtangebots gebotene Preis soll den übrigen Aktionären einen Verkauf schmackhaft machen.

Das Schweizer Prozessmesstechnik-Unternehmen Endress + Hauser hat seinen Anteil an Analytik Jena auf 47,33 Prozent aufgestockt und damit die Kontrolle an dem in Thüringen beheimateten Anbieter von Laborgeräten übernommen (nach dem deutschen Wertpapiererwerbs- und Übernahmegesetz ist „Kontrolle“ mit 30 Prozent der Stimmrechte legaldefiniert). Möglich wurde dies, nachdem der Erwerb der Anteile der niederländischen Verder-Gruppe sowie jener Aktien, die im Rahmen einer Kapitalerhöhung des Zielunternehmens nicht bezogen worden waren, vom deutschen Bundeskartellamt genehmigt wurde.

Standbein in der Labormesstechnik

Den gesetzlichen Vorschriften entsprechend hat Endress + Hauser nun eine Pflichtangebot an die übrigen Aktionäre von Analytik Jena gestellt, das mit 13,75 Euro pro Aktie über den Preisen liegt, die Endress + Hauser zuletzt selbst für seine Anteile bezahlt hat. Damit wollen die Schweizer die Grundlagen einer Übernahme schaffen und sich so ein Standbein in Laboranalytik und molekularer Diagnostik aufbauen. Zudem sieht man nach Aussage von Firmenchef Klaus Endress die Möglichkeit, dass Technologien aus der Labormesstechnik auch in der Prozessmesstechnik zum Einsatz kommen können und umgekehrt.

Das Land Thüringen, das derzeit 17,79 Prozent an Analytik Jena hält und Unternehmensgründer Klaus Berka, der noch im Besitz von 9,93 Prozent der Anteile ist, begrüßen die Aufstockung durch Endress, wollen aber erst zu einem  späteren Zeitpunkt in Verhandlungen zum Verkauf ihrer Pakete eintreten. Berka hat Endress darüber hinaus zugesagt, seine Position als Vorstandsvorsitzender auch nach einer Übernahme zu behalten. Das Schweizer Familienunternehmen will Analytik Jena als eigenständiges Unternehmen innerhalb der Gruppe weiterführen und den Standort Jena erhalten.

Von 25. bis 27. September findet am Centrum für Chemie und Biomedizin in Innsbruck die fünfte Jahrestagung der Österreichischen Gesellschaft für Molekulare Biowissenschaften und Biotechnologie (<a href=http://www.oegmbt.at>ÖGMBT</a>) statt. Am Nachmittag des ersten Konferenztags wurden die Dissertations- und Forschungspreise der Gesellschaft vergeben.

Mehr als 400 Teilnehmer der Jahrestagung konnten am 25. September einem wissenschaftlichen Programm aus verschiedensten Feldern der Biowissenschaften und -technologie lauschen. Gemeinsam mit dem  Austrian Proteome Research Symposium 2013 begrüßte die ÖGMBT etwa Michel Desjardins von der Universität Montreal, der aus seiner Sicht darlegte, wie die Proteomik das wissenschaftlichen Verständnis des Immunsystems geformt hat. In weiteren Plenarvorträge wurden die Rollen von SUMO-Proteinen bei Oxidativem Stress, von Membranen in der neuronalen Organisation und von m-AAA-Proteasen bei der Neurodegeneration beleuchtet.

Poster-Session und Firmenausstellung umrahmten das wissenschaftliche Programm.

Vier Preise und ein Ehrenmitglied

Einen weiteren Höhepunkt der Veranstaltung stellte die Übergabe der von der ÖGMBT vergebenen Preise dar. Der ÖGMBT/THP-Research Award ging dabei an Thomas Perlot für seine in der Zeitschrift „Nature“ publizierte Arbeit „ACE2 links amino acid malnutrition to microbial ecology and intestinal inflammation“.  Angelika Neuhofer holte sich für die Publikation „Impaired Local Production of Proresolving Lipid Mediators in Obesity and 17-HDHA as a Potential Treatment for Obesity-Associated Inflammation" den ÖGMBT/VWR-Research Award. Die PhD-Awards gingen an Monika Taucher für die Entwicklung der Top-Down-Massenspektrometrie für Ribonukleinsäuren (Sponsor Biomin) sowie Michael Traxlmayr für die Dissertation "Stability engineering of IgG1-Fc by random mutagenesis and in vitro directed evolution" (Sponsor: Polymun).

Eine besondere Ehre wurde dem langjährigen ÖGMBT-Präsident und erstem Rektor der medizinischen Universität Innsbruck, Hans Grunicke, zuteil, der zum ÖGMBT-Ehrenmitglied ernannt wurde. 38 Ausstellerfirmen begleiteten die wissenschaftliche Veranstaltung. Beim gut besuchten Netzwerk-Event „Wine & Science“ gab es anschließend für Vertreter von Wissenschaft und Industrie Gelegenheit zum informellen Austausch.

Wissenschaftsminister Karlheinz Töchterle und Wirtschaftsminister Reinhold Mitterlehner haben eine gemeinsame Initiative zum Aufbau von Wissenstransferzentren vorgestellt. Eine in mehrere Module gegliederte Ausschreibung soll die Nutzung wissenschaftlicher Ergebnisse durch Wirtschaft und Gesellschaft verbessern.

Im Modul 1a sollen dazu regionale Wissenstransferzentren entstehen, die von den Universitäten auf Basis von Konsortialverträgen gegründet werden. Dass Wissenschaftsministerium fördert die Gründung mit maximal 500.000 Euro pro Zentrum und stellt zusätzlich bis zu 150.000 Euro für Kooperationsprojekte im Bereich Geistes-, Sozial- und Kulturwissenschaften sowie Kunst zur Verfügung.

Kompetenznetzwerk Life Sciences

In Modul 1b soll jenes bundesweite Kompetenznetzwerk in den Life Sciences aufbaut werden, das vom Wirtschaftsministerium bereits in seinem „Aktionsplan Biotechnologie“ angekündigt wurde. Die Ausschreibung zielt darauf ab,  eine zentrale Anlaufstelle für Forschungseinrichtungen und junge Unternehmen zu Fragen von Arzneimittelentwicklung und klinischen Studien zu schaffen. Über drei Jahre stehen dafür insgesamt 1,5 Millionen Euro zur Verfügung.

Eine darüber hinaus gehende Patentförderung (Modul 2) soll den Universitäten Anreize bieten, Patente strategisch weiterzuentwickeln, die eine erfolgreiche wirtschaftliche Nutzung erwarten lassen. Das Wissenschaftsministerium stellt dazu einen Maximalbetrag von 1 Million Euro pro Jahr zur Verfügung. In Modul 3 wird schließlich eine Förderschiene aufgebaut, bei der im Rahmen eines Wettbewerbs patentierte oder patentfähige Einreichungen aus der Grundlagenforschung in Prototypen umgesetzt werden sollen, wenn daran Bedarf bei Klein- und Mittelbetriebem besteht. Derartige Vorstöße werden vom Wirtschaftsministerium mit  insgesamt drei Millionen Euro gefördert.

Abgewickelt wird das gesamte Programm im Auftrag der beiden Ministerien von der Förderbank Austria Wirtschaftsservice (AWS).