Chemie-Nobelpreis 2014 für Mikroskopie-Methode

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Nobelpreis geht an US-Forscher Betzig und Moerner
Nobelpreis geht an US-Forscher Betzig und Moerner
Dafür, dass sie eine seit 1873 geltende Grenze missachteten und damit die Beobachtung der belebten Nanowelt ermöglichten, werden die US-Forscher Eric Betzig und William E. Moerner sowie der Deutsche Stefan W. Hell mit dem Nobelpreis für Chemie 2014 ausgezeichnet. Die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften ehrt sie damit “für die Entwicklung der hochauflösenden Fluoreszenz-Mikroskopie”.


Wissenschafter können heute den Weg einzelner Moleküle in lebenden Zellen verfolgen, zusehen, wie sich Synapsen zwischen Gehirnzellen bilden oder Proteine bei Krankheiten wie Parkinson oder Alzheimer zusammenklumpen. Das ist nicht selbstverständlich. Denn mehr als 100 Jahre lang glaubte man an das vom deutschen Physiker Ernst Abbe 1873 formulierte Limit, wonach Lichtmikroskope nie eine bessere Auflösung als 0,2 Mikrometer, ungefähr die halbe Wellenlänge des Lichts, erreichen können. Doch Moleküle, Proteine, ja selbst Zellen sind kleiner. Und mit Elektronenmikroskopen lassen sich nur präparierte, tote Zellen untersuchen.

Mit Hilfe fluoreszierender Moleküle hätten die diesjährigen Preisträger “dieses Limit auf geniale Weise umgangen”, begründete das Nobelpreis-Komitee die Entscheidung der Zuerkennung des mit acht Millionen schwedischen Kronen (870.000 Euro) dotieren Preises, der am 10. Dezember, dem Todestag des 1896 gestorbenen Preisstifters, verliehen wird. Sie haben damit das optische Mikroskop zum Nanoskop gemacht.

Die Laureaten haben zwei verschiedene Methoden der Fluoreszenzmikroskopie entwickelt: Das sogenannte STED-Mikroskop (Stimulated Emission Depletion) stammt von Hell aus dem Jahr 2000. Dabei kommen zwei Laserstrahlen zum Einsatz: Einer regt ein fluoreszierendes Molekül zum Leuchten an, ein zweiter, ringförmiger löscht das gesamte Licht rund um den in der Mitte sichtbaren Bereich aus – das übrig bleibende Licht stammt von einem Molekül-Bereich, der deutlich unter der Auflösungsgrenze und damit im Nanometer-Bereich liegt (ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter).

Unabhängig voneinander schufen Eric Betzig und William E. Moerner die Grundlagen für eine andere Methode, bei der einzelne Moleküle nach und nach beobachtet werden und auch damit das Abbe-Limit umgangen wird. Das Verfahren beruht darauf, die Fluoreszenz einzelner Moleküle ein- und ausschalten zu können. Durch mehrmaliges Beobachten der Probe mit jeweils unterschiedlich leuchtenden Molekülen entsteht nach und nach ein Bild mit einer Auflösung im Nanobereich.

“Als ich die Idee dazu hatte, war das schon ein Heureka-Moment”, sagte der 1962 in Arad (Rumänien) geborene Hell vor zwei Jahren bei einem Vortrag in Klosterneuburg (NÖ). Der Direktor des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen, der auch am Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg arbeitet, zeigte sich am Mittwoch “überwältigt” von der Zuerkennung, dachte zunächst an einen Scherz und realisierte die Wahrheit erst, als er die Stimme des Vorsitzenden des Nobelpreiskomitees erkannt hatte.

Hell wäre vor Jahren fast in Wien gelandet: Der deutsch-rumänische Wissenschafter stieß am Anfang mit seinen Ideen noch auf wenig Akzeptanz. Eine Ausnahme sei die Technische Universität (TU) Wien gewesen, die das Potenzial seines Mikroskopie-Verfahrens früh erkannt und ihm einen Lehrstuhl angeboten hatte, erinnerte sich Hell vor zwei Jahren bei einem Vortrag in Klosterneuburg. Doch das Rennen machte die deutsche Max-Planck-Gesellschaft: “Irgendwann kam dann das Angebot von Max-Planck, und das war dann nicht zu schlagen”, so der Physiker, der Direktor am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen ist.

“Glücklich, aber vor allem überrascht”, reagierte Betzig auf die Auszeichnung, der 1960 in Ann Arbor (US-Bundesstaat Michigan) geboren wurde und am Janelia Farm Research Campus des Howard Hughes Medical Institute in Ashburn (Virgina) arbeitet. William Moerner, 1953 in Pleasanton (US-Bundesstaat Kalifornien) geboren, arbeitet an der Stanford University (Kalifornien).

Im Vorjahr ging der Nobelpreis an den in Wien geborenen US-Chemiker Martin Karplus sowie seine beiden US-Kollegen Michael Levitt und Arieh Warshel. Sie wurden für die Schaffung von Grundlagen für Computermodelle geehrt, die zum Verständnis und zur Vorhersage chemischer Prozesse verwendet werden.

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