Wege ins Unbekannte

Die Elektronenmikroskopie (EM) ist kein eintöniger Fließbandjob, denn jeder Auftrag bringt neue Herausforderungen. Vergrößert untersucht werden so unterschiedliche Dinge wie Immunzellen, Algen oder Phagen. Immer anders, immer interessant. Trotzdem wird Biologische EM nur noch von vier Spezialisten in Deutschland betrieben. Einer dieser hochqualifizierten Experten ist Manfred Rohde am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI).

Die EM nahm 1982 an der damaligen Gesellschaft für Biotechnologische Forschung (GBF) ihre Tätigkeit auf und zog 1989 in ein neues Gebäude um, das in sich allerdings eine Herausforderung darstellte: In seinen Fußböden war beim Neubau schwingender Estrich eingebaut worden, der ungeeignet für die empfindlich auf Erschütterungen reagierenden Mikroskope ist. Zusätzlich lag Linoleum in den Räumen aus. Teppich wäre in der Einheit sinnvoller gewesen, denn das Linoleum reißt durch Kontakt mit Stickstoff schnell auf. All diesen Widrigkeiten wurde jedoch getrotzt, und die Mitarbeiter tun dies bis heute. Auch die Aussicht auf einen Bandscheibenvorfall, die Berufskrankheit der Mikroskopierer, hält den wahren Enthusiasten nicht von der Arbeit ab. „Ich habe hier einfach meine ökologische Nische gefunden,“ sagt Manfred Rohde. Es ist eine Leidenschaft, für die man ein Talent mitbringen muss. Der menschliche Faktor ist nämlich nach wie vor nicht wegzudenken. Das Auge sieht mehr als ein Abgleich durch ein Computerprogramm, wenn es einem erfahrenen „EM-ler“ gehört.

Um gute Resultate zu erzielen, ist zudem gute Präparation notwendig – Handarbeit ist also gefragt. Der augenzwinkernd geäußerte Leitsatz hierzu ist „Shit in, shit out“. Manchmal muss selbst der erfahrenste Experte einiges ausprobieren, um die richtige Methode für ein bestimmtes Präparat zu finden. Das Ziel ist Strukturerhaltung, eingefallene Membrane oder geborstene Zellwände sind auf dem Weg dorthin typische Pannen. Gerade bei stark wasserhaltigen Proben sei schnelles Einfrieren bei der sogenannten Cryo-EM essenziell, erklärt Rohde. Langsames Absinken der Temperatur würde zu Kristallisation führen und das Präparat beschädigen oder gar zerstören. Zudem behindern Kristalle den Blick auf das Wesentliche, nämlich das organische Material. Schnelles Gefrieren ohne Kristallisation kann einerseits durch Herabsetzen der Temperatur auf -196 Grad Celsius erfolgen oder durch das sogenannte „high pressure freezing“ bei einem Druck von 2000 bar in flüssigem Stickstoff. Die Cryo-EM, die schon Ende der 1950er Jahre möglich war, hat den Vorteil, dass die Präparate völlig nativ bleiben, da keinerlei chemische Zusätze verwendet werden, denn es handelt sich letztendlich eben nur um Einfrieren.

Ein Zitat des spanischen Entdeckers Christoph Kolumbus lässt sich auf den Antrieb der Menschen übertragen, die in der Mikroskopie ihre Berufung gefunden haben. „Wenn die alten Wege im Bekannten eng und abgenutzt sind, werde ich neue Wege ins Unbekannte gehen, Grenzen überwinden, meinen Geist erweitern und mit dem, was noch niemand gesehen hat, nach Hause zurückkehren”, sagte er der Überlieferung nach. Die einzigartigen Eindrücke, die die zum Teil 200.000-fache Vergrößerung der Mikroskope mit sich bringen, sind tatsächlich Bilder des Unbekannten und im Moment ihrer Entdeckung wenigen Eingeweihten vorbehalten. Die kleinen Abteilungen an GBF und später HZI bestanden im Laufe der Zeit typischerweise nur aus drei Wissenschaftlern und einer Technischen Assistentin, wobei sich zwei der ehemaligen „TAs“ aus Begeisterung für die Materie später sogar für ein Biologiestudium entschieden.

„Wenn die alten Wege im Bekannten eng und abgenutzt sind, werde ich neue Wege ins Unbekannte gehen, Grenzen überwinden, meinen Geist erweitern und mit dem, was noch niemand gesehen hat, nach Hause zurückkehren”

Christoph Kolumbus

Die durch die Mikroskopie erzeugten Bilder wirken wie aus einer anderen Welt und üben eine große Faszination aus. Die Möglichkeiten der Bildgebung haben sich in den vergangenen Jahrzehnten massiv verändert. Der größte technische Wandel mit den deutlichsten Auswirkungen auf den Arbeitsalltag war die Erfindung der „Slow Scan Camera“. Sie bedeutete, dass keine Bilder mehr als statische Einzelaufnahmen auf Filmplatten gebracht werden mussten. Die Bilder sind seitdem digital, können in jedem Bildbearbeitungsprogramm verarbeitet werden – und die Aufnahmen können im Tageslicht erfolgen. Die zuvor verwendeten Negative mussten im Dunkeln aufgenommen werden, außerdem war eine Dunkelkammer notwendig. Pro Woche waren allein zwei Tage für die Entwicklung der Bilder in der Dunkelkammer verplant, die neue Technik bedeutet also eine enorme Zeitersparnis. „Das Digital Scanning Microscope ist mit seinem Bildschirm wie Fernsehen“, sagt Manfred Rohde. In den HZI-Archiven sind aber immer noch 20.000 alte Negative vorrätig und mit Vergrößerung nach wie vor zu Forschungszwecken nutzbar. Eins hat sich jedoch nicht verändert: Schwarz-Weiß-Bilder werden später eingefärbt. „Dies macht sie nicht nur optisch ansprechender, sondern lässt entscheidende Details besser erkennbar werden“, sagt Rohde

Im Gerätepool des HZI finden sich neben neuester Technik auch 26 Jahre alte Geräte mit nach wie vor guter Leistung. Ebenfalls immer noch im Einsatz sind die dimmbaren Neonröhren an den Decken, die seit 1993 ihren Dienst tun und damals eine kleine Sensation waren. Für den Fortschritt ist Manfred Rohde ebenso dankbar wie für die Beständigkeit. Und dafür, dass ihm sein erster Vorgesetzter, Ken Timmis, von Anfang an die Freiheit ließ, seine Aufträge nach Interesse auszuwählen. Dadurch hat er heute viele Kooperationen, aus denen eine Vielzahl von Publikationen in hochrangigen Magazinen entsteht. Die Mikroskopie am HZI arbeitet auf qualitativ höchstem Niveau und entdeckt täglich Neues. Manchmal sogar mit dem bloßen Auge. Christoph Columbus hätte es gefallen.

Autorin: Christine Bentz

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Dr. Andreas Fischer

Wissenschaftsredakteur (Stellv. Pressesprecher)

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