Dass Joachim Frank am frühen Mittwochmorgen vom Klingeln des Telefons aus dem Schlaf gerissen wurde, hat ihm nichts ausgemacht. Zumindest im Nachhinein. Denn am anderen Ende der Leitung war das Stockholmer Nobelpreiskomitee, das dem Forscher von der Columbia University in New York verkündete, er sei zusammen mit dem Schweizer Jacques Dubochet und dem Briten Richard Henderson diesjähriger Chemie-Nobelpreisträger.

Frank, ein deutscher Biophysiker, der seit den 70er-Jahren in den USA lebt, war offenbar so überwältigt von der Nachricht, dass er nur immer und immer wieder sagen konnte: „Das sind wundervolle Neuigkeiten.“ Er habe gedacht, die Chancen, diese höchste wissenschaftliche Auszeichnung zu erhalten, seien winzig.

Damit hat er wohl etwas untertrieben, denn die drei Forscher, die es möglich gemacht haben, Biomoleküle in hochaufgelöster Struktur darzustellen, gelten schon eine Weile als heiße Kandidaten für den Nobelpreis. „Die Kryo-Elektronenmikroskopie hat die Biochemie in eine neue Ära gebracht“, schreibt das Nobelpreiskomitee. Jeder Winkel einer Zelle könne in atomarer Auflösung betrachtet werden.

Ein Bild vom Zika-Virus

Das ist aufregend für die biologische Grundlagenforschung, die nun ergründen kann, wie die Prozesse des Lebens auf molekularer Ebene organisiert sind. Es kann aber auch von großem Nutzen sein – zum Beispiel, um Wirkstoffe für neue Medikamente in Zukunft ganz gezielt konstruieren zu können.

Die Kryo-Elektronenmikroskopie, kurz Kryo-EM, kam zum Beispiel während der Zika-Epidemie zum Einsatz. Als klar wurde, dass das von Mücken übertragene Zika-Virus die Ursache für die Gehirnschäden bei Neugeborenen ist, wurde die Struktur des Erregers mit der von Frank, Dubochet und Henderson entwickelten Methode untersucht. Auf diese Weise wissen Forscher nun genau, wie ein Wirkstoff aussehen muss, der das Virus außer Gefecht setzt.

Wenn man heute die bunten Bilder mit den spiralig gewundenen Eiweißmolekülen betrachtet, ahnt man kaum, wie viel Erfindergeist und Durchhaltevermögen die drei Forscher brauchten, um die Technologie zu entwickeln. Im Prinzip ist sie eine Weiterentwicklung der Elektronenmikroskopie, die bereits Anfang der 1930er-Jahre geschaffen wurde. Der Berliner Ingenieur Ernst Ruska (1906-1988) bekam dafür 1986 den Nobelpreis für Physik.

Die Elektronenmikroskopie machte es möglich, Objekte mit sehr viel höherer Auflösung als bisher zu untersuchen. Lange Zeit glaubte man, dass Elektronenmikroskope sich nur für unbelebte Materie eigne, weil der starke Elektronenstrahl biologisches Material zerstöre. Dass dies ein Irrtum ist, bewiesen die drei Preisträger.

1990 gelang es Richard Henderson, mit einem Elektronenmikroskop in atomarer Auflösung ein dreidimensionales Bild eines Proteins zu erstellen. Joachim Frank, der in Deutschland geboren wurde und nach seiner Promotion an der Technischen Universität München in die USA ging, machte die Technologie grundsätzlich anwendbar. Er tüftelte zwischen 1975 und 1986 an einer Methode der Bildverarbeitung, mit der die bis dato unscharfen zweidimensionalen Bilder analysiert und zu einem scharfen dreidimensionalen Bild vereinigt werden können (siehe Grafik).

Jacques Dubochet löste schließlich das Problem mit dem Vakuum. Es ist für die Elektronenmikroskopie nötig, bringt es aber mit sich, dass Biomoleküle austrocknen und zusammenfallen. Dubochet gelang es Anfang der 80er-Jahre, Wasser so schnell herunterzukühlen, dass es um eine biologische Probe herum fest wird. Durch diese Vitrifizierung behalten die Biomoleküle ihre natürliche Form. Seine Experimente nahm er unter anderem am Forschungsinstitut EMBL in Heidelberg vor, heute ist er an der Universität von Lausanne in der Schweiz tätig.

Die drei Preisträger kennen einander gut, wie Nobeljuror Peter Somfai sagte. Sie hätten sich bei den Anrufen gefreut, den Preis miteinander zu teilen. Diese Freude schwappte am Mittwoch nach der Bekanntgabe der Entscheidung bis nach Berlin über.

Formeln auf der Serviette

Als Thorsten Mielke, Leiter der Mikroskopie und Kryoelektronenmikroskopie am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik in Dahlem mittags aus einem Meeting kam, fand er zahlreiche E-Mails mit Betreffzeilen wie „We are nobelprize!“ in seinem Posteingang. Er freut sich riesig über die Entscheidung und kennt einen der Preisträger, Richard Henderson, auch persönlich. Denn Mielke war als Postdoc in dessen Institut, dem MRC Laboratory of Molecular Biology in Cambridge, Großbritannien.

Für den Berliner Forscher ist Henderson ein Paradebeispiel für einen britischen Intellektuellen – höflich, schlau und zielstrebig. „Er gehört zu der Sorte Wissenschaftler, die einem beim Essen in der Kantine Formeln auf die Serviette malen“, erinnert sich Mielke schmunzelnd.

Auch Christian Spahn, der an der Berliner Charité das Institut für Medizinische Physik und Biophysik sowie die Arbeitsgruppe Kryo-Elektronenmikroskopie makromolekularer Maschinen leitet, zeigte sich begeistert über die Ehrung der drei Kollegen. Das Komitee hat aus seiner Sicht genau die richtigen Forscher ausgewählt.

Besonders freut sich Spahn aber mit Joachim Frank, bei dem er 1998 bis 2002 wissenschaftlicher Mitarbeiter war und die Entwicklung der Methode miterlebte. „Joachim ist ein wirklich brillanter Kopf und auch extrem gut darin, wissenschaftliche Sachverhalte aufzuschreiben und auf den Punkt zu bringen“, berichtet Spahn. Joachim Frank schreibt aber nicht nur für die Wissenschaft. Auf seiner Internetseite FranxFiction veröffentlicht er Kurzgeschichten, Gedichte und längere Belletristik-Texte. Vielleicht wird er dort auch die Nobelpreisverleihung literarisch verarbeiten. Sie ist am 10. Dezember. (mit dpa)