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Chemie-Nobelpreis 2017 - Die Revolution am Elektronenmikroskop

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Jacques Dubochet, Joachim Frank und Richard Henderson haben mit ihren Entdeckungen dafür gesorgt, dass Forscher genau ins Innere von Biomolekülen blicken können. Die Nobel-Jury spricht sogar von einer neuen Ära der Biochemie. Worum es bei der neuartigen Mikroskop-Technologie geht: ein Überblick.

Am 3. Oktober ab 11:45 Uhr wird das große Geheimnis gelüftet - der neue Nobelpreisträger für Physik wird bekannt gegeben. Harald Lesch ist sich ganz sicher, wer den Preis einheimsen wird, ja er hofft es inständig!

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Mit Hilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie können Wissenschaftler die Moleküle nun mitten in der Bewegung einfrieren und hochauflösende, dreidimensionale Bilder anfertigen. Die Königlich-Schwedische Akademie in Stockholm, die den drei Forschern für ihre Arbeit den  Chemie-Nobelpreis zugesprochen hat, spricht von einer neuen Ära der Biochemie.

Abbildungen von Molekülen lange Zeit nicht möglich

Die Kryo-Elektronenmikroskopie klingt abstrakt, ist aber eine im Grunde einfache und effektive Methode. Sie ist deshalb wichtig, weil Bilder häufig der Schlüssel zum Begreifen eines Phänomens sind. Das Problem: Der Biochemie fehlte lange Zeit das nötige Werkzeug, um diese Abbildungen von Molekülen anzufertigen - bis zur Kryo-Elektronenmikroskopie.

Lange wurde geglaubt, Elektronenmikroskope könnten lediglich tote Materie abbilden. Der Grund für diese Annahme war, dass der kräftige Elektronenstrahl das biologische Material zerstört. Henderson änderte das: 1990 schaffte er es, mit Hilfe eines Elektronenmikroskops ein dreidimensionales Bild eines Proteins mit atomarer Auflösung anzufertigen.

Frank machte die Technologie allgemein einsetzbar. Zwischen 1975 und 1986 entwickelte er eine Bildverarbeitungsmethode, mit der schwammige 2D-Bilder analysiert und zu scharfen 3D-Bildern zusammengefügt wurden.

Elektronenmikroskopie mit einem Schuss Wasser

Dubochet kam auf die Idee, der Elektronenmikroskopie einen Schuss Wasser hinzuzufügen. Flüssiges Wasser verdampft im Vakuum des Mikroskops, was zum Zerfall der Biomoleküle führt. Anfang der 80er Jahre kühlte der Schweizer das Wasser so rapide herunter, dass es rund um die Probe fest wurde. So können Biomoleküle selbst in einem Vakuum ihre natürliche Form beibehalten.

Nach diesen Entdeckungen der drei künftigen Nobelpreisträger wurde die lange erhoffte atomare Auflösung erst im Jahr 2013 erreicht. Seitdem können Wissenschaftler regelmäßig dreidimensionale Bilder von Biomolekülen anfertigen.

Die Biochemie entwickelt sich dadurch rapide, wie etwa das Beispiel Zika zeigt: Als das Virus seit 2015 in Brasilien für unzählige deformierte Köpfe und Hirnschäden bei Neugeborenen sorgte, machten sich Forscher mit Hilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie ans Werk, um das Virus zu visualisieren. Wenige Monate später waren hochauflösende 3D-Bilder entstanden - und die Wissenschaftler konnten damit beginnen, potenzielle Ansatzpunkte für Medikamente zu finden, die gegen Zika wirken sollen.

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