Turbo für die Forschung: Die Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) hat ein neues hochauflösendes Kryo-Elektronenmikroskop in Betrieb genommen. Mit dem Gerät sind detaillierte Aufnahmen von Proteinen, Polymermaterialien und sogar ganzen Zellen bis auf die Ebene einzelner Atome möglich. Es liefert bis zu 1.200 Aufnahmen pro Stunde, die mithilfe künstlicher Intelligenz direkt ausgewertet werden können. Das Mikroskop und die dazugehörige Technik haben 9,2 Millionen Euro gekostet. Die Mittel dafür stammen vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und vom sachsen-anhaltischen Wissenschaftsministerium.
Bei dem neuen Kryo-Elektronenmikroskop handelt es sich um ein “Krios 5” der Firma Thermo Fisher Scientific. Das Modell ist erst seit dem vergangenen Jahr auf dem Markt, europaweit ist bisher nur ein weiteres Gerät dieser Generation im Einsatz.
„Ein Forschungsgerät dieser Klasse ist kein Selbstzweck. Das neue Hochleistungsmikroskop ermöglicht Forschung in einer Geschwindigkeit und Präzision, von der viele Fachbereiche der Martin-Luther-Universität profitieren werden. Zugleich macht es die Universität als Partnerin für internationale Kooperationen noch attraktiver“, sagt Rektorin Prof. Dr. Claudia Becker.
Wissenschaftsminister Prof. Dr. Armin Willingmann betont: „Sachsen-Anhalts Hochschulen stehen für Hochleistung. Sie sind in vielen Bereichen national wie international konkurrenzfähig und spielen bei einigen Forschungsthemen sogar in der Champions League mit. Um hier am Ball zu bleiben, braucht es stete Investitionen in die Infrastruktur. Denn Spitzenforschung funktioniert nur mit motivierten Menschen und modernen Geräten. Daher freue ich mich umso mehr, dass wir mit der finanziellen Unterstützung für das neue Hochleistungsmikroskop die Forschung an der Uni Halle in vielen zukunftsweisenden Fachgebieten auf ein neues Level heben können.“
Blick bis auf die Ebene einzelner Atome
Die Kryo-Elektronenmikroskopie gehört zu den modernsten und vielversprechendsten bildgebenden Verfahren der Forschung. 2017 erhielten ihre Erfinder den Nobelpreis für Chemie. Bei der Kryo-Elektronenmikroskopie werden die Proben auf bis zu minus 196 Grad Celsius schockgefroren und mit einem Elektronenstrahl durchleuchtet. Aus den gewonnenen Daten lassen sich Aufnahmen auf der Ebene einzelner Atome erstellen, als 3D-Modelle zusammensetzen und auswerten. Das ist etwa für die Proteinforschung wichtig, die zu den Schwerpunkten der Universität Halle zählt. „Proteine steuern alle wichtigen Prozesse in Lebewesen – von Bakterien über Pflanzen bis zum Menschen. Um zu verstehen, wie Proteine im Detail funktionieren, müssen wir ihre räumliche Struktur entschlüsseln“, sagt der Strukturbiologe und Experte für Kryo-Elektronenmikroskopie Prof. Dr. Panagiotis Kastritis von der MLU, der den Antrag für das neue Mikroskop stellte. In seiner Arbeitsgruppe wird das “Krios 5” betrieben. Bis zu 1.200 Aufnahmen erstellt das neue Gerät pro Stunde und wertet sie mithilfe künstlicher Intelligenz im laufenden Betrieb aus. „Damit lassen sich innerhalb weniger Tage Datensätze und 3D-Modelle erstellen, für die wir bislang Wochen benötigt haben“, sagt Kastritis weiter.
Von der Pflanzenforschung bis zu neuen Sensormaterialien
An der MLU kommt das neue Mikroskop zum Beispiel für die Arbeit des Sonderforschungsbereichs „Diversität pflanzlicher Proteoformen“ zum Einsatz, den die Deutsche Forschungsgemeinschaft mit mehr als 13 Millionen Euro fördert. Die Forschungsprojekte sind an der Schnittstelle von Protein- und Pflanzenforschung angesiedelt. Sie sollen langfristig dabei helfen, Pflanzen besser auf die Folgen des Klimawandels vorzubereiten und maßgeschneiderte Proteine zu entwickeln.
Das Potenzial des neuen Mikroskops reicht aber über die reine Grundlagenforschung hinaus: Seit April ist das Team von Panagiotis Kastritis an einem internationalen Forschungsprojekt zu neuartigen organischen Polymermaterialien für Infrarotsensoren beteiligt. Die Materialien sollen künftig eine Alternative zu gängigen Sensoren bieten, für deren Produktion seltene Rohstoffe außerhalb Europas abgebaut werden. Gefördert wird das Vorhaben über das Pathfinder-Programm des Europäischen Innovationsrats EIC. Eine Förderung erhalten nur besonders ambitionierte Projekte zu grundlegend neuen Technologien mit einem großen wirtschaftlichen Potenzial. Die Förderquote liegt bei nur zwei Prozent.
