Das Leben unter der Lupe.

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Wissenschaft. Obwohl die Grundlagenforschung des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie (EMBL) in Heidelberg großen Einfluss auf die moderne Medizin hat, ist es in der Öffentlichkeit relativ wenig bekannt. Was kaum einer weiß: Private Förderer und Sponsoren können einen wichtigen Teil zum Erfolg des Instituts beitragen. Und für Investoren besteht sogar die Möglichkeit, sich an einzelnen, lukrativen Ausgründungen zu beteiligen.

Foto oben: Martin Hogbom_Royal Swedish Academy of Sciences

Die Veröffentlichungen aus dem Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) tragen wenig aufregende Überschriften. Da geht es um „Die Verglasung von reinem Wasser für die Elektronenmikroskopie“. Oder um „Mutationen, die Segmentanzahl und Polarität beeinflussen“. Doch was Laien höchstens ein Schulterzucken entlockt, elektrisiert die Fachwelt. Denn dahinter verbergen sich Entdeckungen, die wenige Jahre später mit Nobelpreisen ausgezeichnet wurden.

Publikation Nummer eins legte die Grundlage für die Kryo-Elektronenmikroskopie. Sie ermöglicht es Forschern, Schnappschüsse von Biomolekülen in Aktion zu machen. Sie können deren Wirkungsweise dadurch viel besser verstehen. Nummer zwei erklärte erstmals am Beispiel der Fruchtfliege die Mechanismen, die bei der Embryonalentwicklung, also der Entstehung eines fertigen Organismus aus einem Ei, ablaufen.

Die jeweiligen Autoren, Jacques Dubochet, Eric Wieschaus und Christiane Nüsslein-Volhard, gewannen ihre Einsichten als Leiter von Arbeitsgruppen am EMBL. „Das sind nur die bekanntesten Arbeiten“, sagt Astrid von Soosten, Head of Resource Development am EMBL. „Allein 2016 sind aus dem EMBL fast 700 wissenschaftliche Veröffentlichungen hervorgegangen. Drei EMBL-Publikationen finden sich in der Liste der einhundert weltweit am meisten zitierten und damit einflussreichsten Veröffentlichungen aller Zeiten wieder.“

Das EMBL wurde 1974 von neun EU-Staaten sowie Israel als internationale Organisation gegründet, um talentierten Forschern im damals brandneuen Gebiet der Molekularbiologie ein Zuhause zu bieten. Bis dahin hatte es viele Wissenschaftler in die USA gezogen.

Mittlerweile ist das EMBL eines der renommiertesten molekularbiologischen Forschungslabors der Welt und wird von 24 europäischen Staaten sowie Australien und Argentinien unterstützt. Über 1600 Menschen arbeiten dort. Es gibt mehr als 85 interdisziplinäre Arbeitsgruppen für Zellbiologie und Biophysik, Entwicklungsbiologie, Genombiologie, Strukturbiologie und Bioinformatik. Dazu zentrale Einrichtungen für DNA-Sequenzierung, Mikroskopie, monoklonale Antikörper oder Proteinaufreinigung. Die Expertise des EMBL ist unter Forschern so begehrt, dass das Institut Dienstleistungszentren für Wissenschaftler geschaffen hat, damit möglichst viele davon profitieren können.

Zudem werden Außenstellen in Barcelona, Grenoble, Hamburg, Cambridge und Rom betrieben. Finanziert wird das EMBL vor allem über öffentliche Forschungsgelder der Mitgliedsstaaten. „Wir wollen aber zunehmend auch Spendern die Möglichkeit geben, unsere Arbeit zu unterstützen“, erklärt von Soosten.

Wer sich engagieren will, hat vielfältige Möglichkeiten. Zum einen gibt es die Friends of EMBL. Für eine Jahresmitgliedschaft ab 1000 Euro erhält der Philanthrop über einen regelmäßigen Newsletter tiefere Einblicke in die Welt der Wissenschaft und des EMBL. Gleichzeitig ist sie die Eintrittskarte zur Teilnahme an öffentlichen und privaten Veranstaltungen, die oft auch zu persönlichen Beziehungen zu EMBL-Wissenschaftlern und deren Forschungsprojekten führen. Unternehmen können ab einer Jahresspende von 5000 Euro Business Friends of EMBL werden und dann ebenfalls an den exklusiven Veranstaltungen des EMBL teilnehmen.

„Eine weitere, sehr interessante Fördervariante ist die Unterstützung wegweisender Forschungsprojekte“, erläutert von Soosten. „Dabei können Philanthropen aus einer Vielzahl von Möglichkeiten im In- und Ausland auswählen.“

Eines dieser ganz besonderen Projekte ist das Ocean Diversity-Programm. Es basiert auf Proben der Tara Oceans Expedition, einer modernen Version der legendären Forschungsfahrt von Charles Darwin auf der HMS „Beagle“. Seine Reise zur Evolution hatte der junge Darwin im Jahr 1831 angetreten. Fast 180 Jahre später sammelten Forscher auf einer 300000 Kilometer langen Reise durch die Weltmeere systematisch Wasserproben ein, die dann mitsamt dem enthaltenen Plankton – einschließlich der Bakterien und der Viren – zur Sequenzierung und Analyse des Erbguts an das EMBL-EBI in Cambridge geschickt wurden.

Dabei wurden bis heute Millionen bislang unbekannter Gene entdeckt – Erkenntnisse, die für das Verständnis der Nahrungskette im Ozean ebenso von Bedeutung sind wie für die Erforschung des Klimas. Denn Plankton absorbiert mehr als 50 Prozent des Kohlendioxids aus der Atmosphäre – mehr als alle Regenwälder zusammen.

„Die Sequenzierung der Tara-Daten ermöglicht uns einen Einblick in die Diversität des Lebens in den Ozeanen“, erläutert Rob Finn, Teamleiter am EMBL-EBI. „Der erste Datensatz von 40 Millionen Genen, die wir in den Tara-Daten identifiziert haben, stammt hauptsächlich von Bakterien, die uns bisher völlig unbekannt waren. In der zweiten Datenquelle haben wir bislang mehr als 117 Millionen Gene von höheren Organismen identifiziert. Und wir sind noch lange nicht am Ende. Da draußen gibt es eine riesige genetische Datenmenge, die wir studieren müssen. Was tun diese Gene, zu welchen Arten gehören sie? Wie passt das ins größere Bild? Mit diesen faszinierenden Fragen werden wir uns noch Jahre beschäftigen.“

Andere Datenprojekte am EMBL-EBI befassen sich mit der dreidimensionalen Darstellung von Biomolekülen. Sie erstellen einen Atlas, der Auskunft darüber gibt, wann und unter welchen Bedingungen Gene in verschiedenen Organismen abgelesen werden, oder stellen Daten über die Bindungseigenschaften, die Funktion und den Abbau von Biomolekülen zur Verfügung.

Derzeit baut das EMBL am Standort Heidelberg ein weiteres Gebäude. Das Imaging Centre wird modernste Geräte, Technologie-Experten und Datenauswertung unter einem Dach zusammenbringen und EMBL-Forschern, der Industrie sowie jährlich bis zu 300 Gastforschern soll es zur Verfügung stehen.

Neben dem Bund und dem Land Baden-Württemberg unterstützen Thermo Fisher Scientific, Leica und Zeiss Microscopy den Bau des Zentrums. HeidelbergCement spendet Baustoffe. Die gemeinnützige Boehringer Ingelheim Stiftung steuert fünf Millionen Euro für das Training und die Arbeit von Wissenschaftlern an den Mikroskopen bei. Auch private Spender und Stifter können sich an Bau- und Erhaltungsmaßnahmen oder bei der Anschaffung von Großgeräten beteiligen.

Ziel ist es, Wissenschaftlern aus der ganzen Welt die ultrahochauflösenden Licht- und Elektronenmikroskopie-Verfahren aus dem EMBL zur Verfügung zu stellen. „Bislang ist der Zugang zu diesen Technologien auf wenige Forscher beschränkt. Erstens sind die Geräte sehr teuer und zweitens so komplex, dass zuerst Spezialkenntnisse vermittelt werden müssen, um sie bedienen und die riesigen Datenmengen auswerten zu können. Die Mehrheit der Forscher ist deshalb von der technischen Revolution im Imaging-Bereich ausgeschlossen, sodass wichtige Fragen nicht beantwortet oder gar nicht erst gestellt werden können.“

Auch in der Krebsforschung ist das EMBL stark engagiert. Die von Jan Korbel geleitete Arbeitsgruppe „Von Genomvariation zu molekularen Mechanismen“ beteiligt sich zum Beispiel federführend an dem internationalen Projekt „Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes“ (PCAWG), das Erbgut von mehr als 2800 verschiedenen Tumoren analysieren und vergleichen soll.

Das Ergebnis wird helfen, besser zu verstehen, was Krebszellen so aggressiv macht und wie sie es schaffen, die Immunabwehr des Körpers zu unterlaufen. Das könnte zu neuen Behandlungsmöglichkeiten führen.

Ein weiteres Projekt der Korbel-Gruppe ist die Analyse des Erbguts von Prostatakrebs. Hauptanliegen ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das Patienten bei der Entscheidung für oder gegen eine Prostatektomie unterstützt. Statistisch betrachtet ist die Entfernung der Prostata, die mit erheblichen Nebenwirkungen einhergehen kann, in bis zu 75 Prozent der Fälle nicht nötig. Aber derzeit gibt es keine Methode herauszufinden, wann und bei wem dies der Fall ist. Korbel und sein Team arbeiten an einem Verfahren, das die Entwicklung von Prostatakarzinomen anhand von auffälligen Veränderungen in der DNA des betroffenen Gewebes zuverlässig voraussagt.

Der Forscher möchte Genomsequenzdaten von Tumoren mit bekanntem Verlauf denen von gesundem Prostatagewebe gegenüberstellen, um anhand der Abweichungen eine Art Kennung zu entwickeln, auf deren Grundlage eine Empfehlung für oder gegen eine Prostatektomie abgegeben werden kann.

Zeigt die Sequenzierung des Krebsgewebes keine Anzeichen dafür, dass eine schnelle Verschlechterung des Zustandes droht, kann der Patient zunächst auf eine Operation verzichten. Er wird dann regelmäßig überwacht und habe in den meis­ten Fällen, so der Forscher, auch mit seinem Tumor ein langes und erfülltes Leben vor sich. Auch dieses Projekt können Spender gezielt fördern.

„Das ist aber nur eine kleine Auswahl unserer Arbeiten“, erläutert von Soosten. „Insgesamt arbeiten derzeit 85 Forschungsgruppen an einer Vielzahl von Projekten. Damit bietet das EMBL wissenschaftlich interessierten Menschen zahlreiche Möglichkeiten, sich an Grundlagenforschung oder spezifischen Projekten zu beteiligen.“

Aber nicht nur für Philanthropen ist das EMBL eine interessante Adresse. Auch Investitionen mit klarer Renditeabsicht sind möglich. Investoren können sich zum Beispiel an Firmengründungen beteiligen, die Forschungsergebnisse aus dem EMBL zu kommerzialisieren. „Unsere Erkenntnisse aus der öffentlich finanzierten Grundlagenforschung sollen ja durchaus wirtschaftlich genutzt werden und so der Allgemeinheit zugutekommen“, macht von Soosten klar. Federführend ist dabei die 1999 gegründete EMBL Enterprise Management Technology Transfer GmbH (EMBLEM).

Grundsätzlich funktioniert dies über zwei Modelle: Entweder wird die neue Technologie per Lizenz an bereits existierende Unternehmen übertragen oder die Forscher gründen eine eigene Firma. Letzteres gelang bislang in mehr als 19 Fällen.

Unter diesen Ausgründungen befinden sich so erfolgreiche Unternehmen wie Cellzome oder Luxendo. Cellzome, das Wirkmechanismen von Arzneimitteln analysiert, wurde 2000 aus dem EMBL ausgegründet und konnte schnell lukrative Allianzen mit führenden Pharmafirmen wie Bayer, GlaxoSmithKline (GSK), Johnson & Johnson und Novartis abschließen. Im Jahr 2012 wurde die Firma dann für 61 Millionen Pfund von GSK übernommen. Luxendo, ein Spezialist für die Mehrfach-Lichtblattmikroskopie, mit der empfindliche lebende Objekte dreidimensional dargestellt werden können, wurde 2015 gegründet und schon nach 18 Monaten für eine unbekannte Summe an den US-Konzern Bruker verkauft. Bei beiden Firmen hätte sich eine frühzeitige Beteiligung ausgezahlt.

Um den Firmengründern nicht nur von Fall zu Fall, sondern systematisch Kapital privater Investoren zur Verfügung stellen zu können, wurde 2001 auf Initiative des EMBL außerdem der European Technology Fund aufgelegt und die EMBL Ventures GmbH gegründet. Sie verwaltet mittlerweile 120 Millionen Euro in drei Fonds im Auftrag von europäischen institutionellen und Privatinvestoren. EMBL Ventures investiert maximal zehn Millionen Euro in eine Firma.

Zu den Portfoliofirmen zählen vor allem innovative Biotechnologiefirmen, darunter immatics aus Tübingen, Luxendo und Opsona Therapeutics. EMBL Ventures investiert auch in Unternehmen, die nicht aus dem EMBL hervorgegangen sind, nutzt aber die Expertise des EMBL für die Bewertung und Betreuung von Portfoliofirmen. Die drei Fonds sind mittlerweile geschlossen, ein neuer soll aber in naher Zukunft aufgelegt werden. Eine Beteiligung ist ab einem Betrag von fünf Millionen Euro möglich.

Im Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie ist offenbar alles möglich. Spender, Stifter, Unternehmer und Inves­toren finden dort spannende Projekte und interessante Anlagen. Und der eine oder andere wird in Zukunft sagen können:

„Ich habe dazu beigetragen, den Nobelpreis zu gewinnen.“ 

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Was kann die Kryo-Elektronenmikroskopie?

Lange Zeit kannte man von den großen Molekülen des Lebens – DNA, RNA und vor allem Proteine – nur ihren Aufbau und ihre Struktur. Um sie sichtbar zu machen, gab es die Elektronenmikroskopie, aber dafür muss­ten die Moleküle präpariert, getrocknet und mit Schwermetallsalzen bedampft werden. Man kannte sie also nur in erstarrter, kristalliner Form, nicht aber so, wie sie im Inneren von Zellen umherschwirren, sich verbiegen und wie sie mit anderen Molekülen zusammenwirken. Es war, als hätte man Statuen von vielen Balletttänzern, aber keine Ahnung davon, wie sie als Ensemble zusammenwirken.

Das änderte sich, als Forscher begannen, mit Flüssigkeiten, z. B. Zu­ckerlösungen, zu experimentieren, um die Moleküle zu stabilisieren. Der Durchbruch kam, als am EMBL entdeckt wurde, dass man die Lösungen schockgefrieren konnte. Dabei froren die Moleküle mitten in der Bewegung ein, und der Vorgang lief so schnell ab, dass sich keine Eiskristalle bilden konnten, die die empfindlichen Moleküle zerstören würden. Die Lösung erstarrte zu einem glasartigen Feststoff, der die Abbildung des darin eingeschlossenen Moleküls ermöglicht. 1984 gelang es Jacques Dubochet und seinen Kollegen mit dieser Methode erstmals, Viren in Lösung abzubilden. Nach weiteren Verbesserungen wurde die Methode zur Routine und ermöglicht es heute, die genauen Bewegungsabläufe im Inneren von Zellen zu verstehen und zuzuschauen, wie Moleküle miteinander agieren – erstmals wird das Ballett der Moleküle sichtbar.

Davon profitiert die Medizin bis heute. Ein Beispiel aus neuester Zeit stammt aus der Forschung über HIV, den Auslöser von AIDS. Mithilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie konnten Forscher am EMBL erstmals die genaue atomare Struktur der an der Reifung beteiligten Virusstrukturen und deren Wechselwirkung mit einem Medikament namens Bevirimat darstellen. Daraus konnten sie ableiten, wie der letzte Reifungsschritt abläuft, wie Bevirimat ihn beeinflusst und wie genetische Mutationen die Struktur verändern und damit zu Resistenzen führen.

De facto kann das Virus also durch Bevirimat in Schach gehalten werden. Es blockiert den letzten Reifungsschritt bei der Entstehung neuer Viren, sodass die Infektionskette unterbrochen wird. Doch leider entwi­ckeln HI-Viren mit der Zeit auch dagegen Resistenzen. Bei der Entwick­lung von Mitteln, die diese Resistenzen unterlaufen, spielt Kryo-Elektronenmikroskopie wieder eine große Rolle.

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Autor: Dr. Ludger Wess

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