GöTTINGEN - Die Biophysiker nutzen das Phänomen der Fluoreszenz. Dabei überwinden sie bisherige Theorien.

Von Matthias Brunnert

GÖTTINGEN - Zu Beginn seiner Laufbahn hat Stefan Hell sich bisweilen als Außenseiter im Wissenschaftsbetrieb gefühlt. Denn seine Theorie, wonach Lichtmikroskope sehr viel detailliertere Beobachtungen möglich machen können, als bis dahin angenommen, stieß auf Skepsis. Niemand habe geglaubt, dass sich das so genannte Abbesche Gesetz überwinden lasse, sagt der Direktor am Göttinger Max- Planck-Institut für biophysikalische Chemie.

In allen Lehrbüchern steht die Formel des Thüringer Physikers Ernst Abbe (1840-1905), nach der unter dem gewöhnlichen Lichtmikroskop nichts zu sehen ist, was kleiner ist als ein fünftausendstel Millimeter. Hell hat ein optisches Mikroskop entwickelt und gebaut, unter dem dank einer geschickten Technik noch zehn Mal winzigere Strukturen zu sehen sind – Proteine etwa in einer lebenden Zelle.

Nach dem Urteil der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) eine „bahnbrechende neue Idee zur Verbesserung der Lichtmikroskopie“. Kein Wunder, dass MPG-Präsident Peter Gruss persönlich den Göttinger Physiker für den Deutschen Zukunftspreis vorgeschlagen hat. Darüber habe er sich besonders gefreut, sagt der 43-jährige Hell, Direktor der Abteilung Nano-Biophotonik des Instituts.

Das Neue an seinem Verfahren ist, dass die Schärfe nicht mehr durch die Lichtwellenlänge begrenzt ist. Die Biophysiker nutzen stattdessen das Phänomen der Fluoreszenz, bei der bestimmte Moleküle zum Leuchten angeregt werden. Zunächst heften die Forscher fluoreszierende Moleküle an die Proteine, die sie untersuchen wollen.

Dann beleuchten sie die Probe mit zwei Strahlen: Einem zur Fluoreszenz-Anregung und einem, der die Fluoreszenz verhindert. Durch geschickte Überlagerung dieser beiden Strahlen lässt sich der Bereich, aus dem die Fluoreszenz stammen kann, fast beliebig begrenzen.

Hell und seine Mitarbeiter haben so bereits Auflösungen von 20 Nanometern erreicht, also die zehnfache Überschreitung des Abbeschen Grenzwerts. Da Proteinkomplexe im Bereich von 10 bis 200 Nanometern liegen, hat dieses Mikroskop das Potenzial, in die molekulare Skala des Lebens vorzudringen und Krankheiten besser auf die Spur zu kommen.

Sein neues STED-Mikroskop (stimulated emission depletion) sei nicht nur um ein Vielfaches schärfer als herkömmliche Lichtmikroskope. Es sei auch Elektronenmikroskopen deutlich überlegen, meint Hell. Denn wer mit einem Elektronenmikroskop in eine Zelle sehen wolle, könne dies nur zweidimensional.

„Zudem muss man die Zelle zerschneiden. Sie ist tot. Mit dem fokussierenden Lichtmikroskop kann man dagegen in eine intakte, lebende Zelle schauen.“ Seine Entwicklung werde schon bald vor allem in der biomedizinischen Grundlagenforschung zur Anwendung kommen, meint der Göttinger Wissenschaftler. Das neue Gerät soll im kommenden Jahr auf den Markt kommen und bis 800 000 Euro kosten.