Die drei neuen Chemie-Nobelpreisträger, zwei Amerikaner und ein in Rumänien geborener Deutscher, haben die Grenzen des Lichtmikroskops in den Nanobereich verschoben.
Stockholm/Wien. Sie erhalten den Nobelpreis 2014 für Chemie, weil sie scheinbar Unmögliches möglich gemacht und mit ihren neuen Methoden die Grenzen der Lichtmikroskopie in den Nanobereich verschoben haben. Sie, das sind die beiden US-Amerikaner Eric Betzig und William E. Moerner sowie der rumänisch-deutsche Direktor des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen Stefan W. Hell. Sie teilen sich, wie die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften am Mittwoch in Stockholm bekanntgab, die heuer mit acht Millionen schwedischen Kronen (870.000 Euro) dotierte Auszeichnung, die am 10. Dezember verliehen wird.
Wolfgang Kautek, Professor für physikalische Chemie an der Universität Wien, sieht die Erfindung des Sted-Mikroskops durch Hell (Sted steht für Stimulated Emission Depletion) als bahnbrechende wissenschaftliche Leistung an. Dieses von Hell 1994 theoretisch beschriebene und 1999 experimentell realisierte Gerät erreicht eine Auflösung, die nach der 1873 vom deutschen Physiker Ernst Abbe formulierten Theorie außer Reichweite schien: Lichtmikroskope könnten nie eine bessere Auflösung als 0,2 Mikrometer - ungefähr die halbe Wellenlänge des Lichts - erreichen.
Stefan Hell, 1962 in Arad (Rumänien) geboren, gelang "eine simple Lösung eines wichtigen Problems", so Kautek, der die Methode so erläutert: "Man regt mit Laser-Licht eine Fluoreszenz an, ein Leuchten eines Farbstoffes im Gewebe, in einer Zelle. Man hat zwei Laser: Der erste legt normal an, fokussiert, und man hat einen Fleck von einem halben Mikrometer Fluoreszenzlicht. Mit dem zweiten Laser macht man einen Ring, kreist damit dieses Gebiet ein und löscht diese Fluoreszenz, indem man zu viel Licht einstrahlt. Das ist wie ein Bleichvorgang. Wenn man diesen Ring immer stärker macht, dann engt er das Gebiet, aus dem die eigentliche Fluoreszenz kommt, immer mehr ein." So kann man einzelne Farbstoff-Moleküle in Proteinen oder Zellkernen sichtbar machen und hat eine unglaubliche Auflösung im Nanometer-Bereich, die normalerweise mit der normalen Lichtbrechung nicht erklärbar wäre.
"Als ich die Idee dazu hatte, war das schon ein Heureka-Moment", hat Hell vor zwei Jahren bei einem Vortrag am IST Austria in Klosterneuburg (NÖ) gesagt. Er hielt die Nachricht zuerst für einen Scherz, erkannte aber dann die Stimme von Staffan Normark, dem Sekretär der Schwedischen Akademie am Telefon und war "überwältigt" von der Ehrung.
Eric Betzig und William E. Moerner schufen unabhängig voneinander die Grundlagen für die zweite Methode, die "Einzelmolekül-Mikroskopie". Damit lässt sich die Fluoreszenz einzelner Moleküle ein- und ausschalten. Durch mehrmaliges Beobachten der Probe mit jeweils unterschiedlich leuchtenden Molekülen entsteht nach und nach ein Bild mit einer Auflösung im Nanobereich. Betzig, 1960 in Ann Arbor (US-Bundesstaat Michigan) geboren, arbeitet am Howard Hughes Medical Institute in Ashburn (Virginia) und hat diese Methode erstmals 2006 angewandt. Moerner, 1953 in Pleasanton (Kalifornien) geboren, forscht an der Stanford University (Kalifornien).
Viele Anwendungen möglich
Das Nobelpreiskomitee zieht aus den Leistungen der Preisträger das Fazit: "Theoretisch gibt es keine Struktur mehr, die zu klein ist, um studiert zu werden. Mikroskopie wurde zur Nanoskopie."
Die Bedeutung der Anwendungen liegt nicht nur, aber vor allem im medizinischen Bereich: Die Wissenschaft vermag nun die Wege einzelner Moleküle in lebenden Zellen zu verfolgen. Sie kann zum Beispiel beobachten, wie Moleküle Synapsen zwischen Gehirnzellen schaffen, sie kann Proteine orten, die bei Krankheiten wie Parkinson oder Alzheimer eine entscheidende Rolle spielen, oder detailliert die Entwicklung von Embryonen studieren.