Schockgefrorene Biomoleküle
Dem Schweizer Jacques Dubochet, dem in den USA wirkenden Deutschen Joachim Frank und dem Briten Richard Henderson wurde für ihre Arbeiten auf dem Gebiet der Kryoelektronenmikroskopie der Nobelpreis für Chemie zuerkannt.
Die Arbeit der diesjährigen Chemie-Nobelpreisträger trug maßgeblich dazu bei, die Elektronenmikroskopie zu einem wichtigen Werkzeug der Aufklärung dreidimensionaler Strukturen von Biomolekülen und ihren supramolekularen Aggregate zu machen. Ausgangspunkt dafür waren die Arbeiten, die Henderson bereits in den 70er-Jahren an der Universität Cambridge zu membrangebundenen Proteinen durchführte. Biomoleküle dieses Typs ließen sich nur schwer von ihrer natürlichen Umgebung trennen und in kristalline Form bringen, wie es für die Röntgenstrukturanalyse notwendig gewesen wäre. Henderson wechselte daher zu der damals für diesen Zweck wenig vielsprechenden Elektronenmikroskopie. Schon 1975 konnte er zeigen, dass sich die Kette des Proteins Bacteriorhodopsin siebenmal durch die Bakterienmembran schlängelt. Über die Jahrzehnte verbesserte er die Auflösung der Methode immer weiter, bis er 1990 der erste war, der eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Biomoleküls mit atomarer Auflösung erzeugen konnte.
Wichtige Zutaten: Abkühlen und Rechnen
Wesentlich dazu beigetragen hat eine Technik, die Jacques Dubochet Anfang der 80er-Jahre entwickelt hat: Ihm gelang es, wässrige Proteinlösungen so schnell abzukühlen, dass ein glasartiger Zustand entsteht, in dem die Biomoleküle ihre natürliche Gestalt behalten – eine Methodik, die bald als Kryoelektronenmikroskopie bekannt wurde. Dem Schweizer gelang es auf diese Weise, Bilder von Viren mit dem sie umgebenden wässrigen medium zu erzeugen.
Eine weitere Zutat zum Erfolg der Technologie entwickelte Joachim Frank. Er beschäftigte sich ab Mitte der 70er-Jahre mit Bildverarbeitungs-Methoden, die es gestatteten, aus verwaschenen zweidimensionalen Abbildungen eines Biomoleküls, aufgenommen aus verschiedenen Winkeln, die dreidimensionale Struktur zu errechnen. Die Bemühungen aller drei Forscher wirkten zusammen, um jene Vorteile der Elektronenmikroskopie zu erzielen, die den Biowissenschaften heute neue Perspektiven eröffnen: Momentaufnehmen jener molekularen Strukturen machen zu können, die die Prozesse in lebenden Zellen tragen.
