Der Chemie-Nobelpreis 2014
geht an den deutschen Biophysiker Stefan W. Hell (*1962) und an die Physiker Eric Betzik (*1960) und William E. Moerner (*1953) aus den USA für ihre Entwicklung der ultrahochauflösenden Fluoreszenz-Mikroskopie, die sogar Moleküle sichtbar machen kann.
Stefan W. Hell (*1962 in Arad, Rumänien) studierte Physik an der Universität Heidelberg, wo er bereits im Gebiet der hochauflösenden Mikroskopie promovierte. Es folgten Forschungsaufenthalte in Turku und Oxford. 1996 schloss Hell seine Habilitation wieder in Heidelberg ab. Stefan Hell entwickelte im Jahr 2000 die Methode der STEP-Mikroskopie (Stimulated Emission Depletion), eine Technik der Fluoreszenz-Mikroskopie, die erstmals eine nanoskalierte Live-Beobachtung von Molekülen erlaubte. 2002 wurde Stefan Hell Direktor am Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen, seit 2013 ist er Mitglied der altehrwürdigen Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina mit Sitz in Halle.
Chemienobelpreisträger Stefan W Hell (Bild: Stefan W. Hell // B. Schuller)
Eric Betzik (*1960, Ann Abor, Mi, USA) und William E. Moerner (*1953, Pleasanton, Ca, USA) promovierten beide in Physik an der Cornell University in Ithaca (NY, USA), entwickelten aber unabhängig voneinander eine zweite Methode der hochauflösenden Fluoreszenz-Mikroskopie, die sogenannte Single-Molecule-Microscopy. Bei dieser Methode wird die Fluoreszenz-Eigenschaft von Molekülen viele Male an- und abgeschaltet und abgebildet. Die übereinandergelegten Bilder erlauben ebenfalls eine nanoskalierte Beobachtung von Molekülen. Betzig arbeitet gegenwärtig am Janelia Farm Research Campus am Howard Hughes Medical Institute in Ashburn (VA, USA), Moerner ist Professor an der Stanford University (Ca, USA).
Chemienobelpreisträger William E. Moerner (Bild: Kevin Lowder)
Zum Thema:
Der berühmte deutsche Physiker Ernst Abbe (1840-1905), Fachmann für Mikroskopie und später Inhaber des Jenaer Unternehmens Carl Zeiss sowie Begründer des Jenaer Glaswerks Schott hatte 1873 postuliert, dass die Auflösung der Lichtmikroskopie aus technischen Gründen nicht genauer werden kann als etwa die halbe Lichtwellenlänge (200-400 nm). Der Chemie-Nobelpreis 2014 zeichnet nun die Leistung aus, diese Auflösungsgrenze mit dem Lichtmikroskop unterschreiten zu können. Basis dafür ist die Technik der Fluoreszenz-Mikroskopie. Fluoreszenz ist die schnelle Abstrahlung von Licht von einem Material, das zuvor (z.B. mit einem Laser) entsprechend angeregt wurde. Bei der Anregung erreichen Elektronen ein energiereicheres Niveau, dann „fallen“ sie wieder auf das Ausgangsniveau zurück. Der energetische Niveauunterschied wird als Licht entsprechender Frequenz abgestrahlt (Lumineszenz), z.B. als kurzlebige Fluoreszenz-Strahlung, die etwas langwelliger ist als die Anregungsstrahlung. In der Fluoreszenz-Mikroskopie wird nun das zu untersuchende Material mit einem Fluoreszenzfarbstoff behandelt, der im Licht angeregt wird. Der Unterschied in der Wellenlänge zwischen abgestrahlter Fluoreszenz und der Strahlung zur Anregung ermöglicht, dass das Material mit einer Auflösung unterhalb der Lichtwellenlänge und mit besonders gutem Kontrast beobachtet werden kann. Bei der STEP-Fluoreszenz-Mikroskopie von Stefan Hell werden Moleküle zunächst mit einem Laserstrahl zur Fluoreszenz angeregt, durch selektive Abregung mit einem zweiten Laser kann dann das abgestrahlte Fluoreszenzlicht auf die gewünschte nanoskalare Ebene gefiltert werden, so dass die Moleküle ultrahoch aufgelöst und sogar im Live-Modus beobachtet werden können.
Immunfluoreszenz-Aufnahme im Spinalganglion der Ratte. Zwei verschiedene Proteine wurden mit rot oder grün fluoreszierenden Markern gefärbt (Bild: Zsynth bei de.wikipedia)
Diese neue „Nanoskopie“ erlaubt sogar die Verfolgung einzelner Moleküle in der Zelle. Von dieser Methode werden für die Zukunft noch viele neue, zellbiologisch und pharmakologisch relevante, Erkenntnisse erwartet.
Preisübergabe erfolgt im Rahmen einer großen Feier am 10. Dezember, dem Todestag Alfred Nobels.
Weblink (mit Bildern):
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2014/(Seite der Nobelstiftung)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2014/press.html (Pressemitteilung der Nobel-Stiftung)
Arbeitsgruppe Stefan Hell am MPI in Göttingen