21.05.2015
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Mit Chemie lässt sich das Leben entschlüsseln

Prof. Dr. Jean-Marie Lehn, Nobelpreisträger für Chemie

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Prof. Dr. Jean-Marie Lehn, Nobelpreisträger für Chemie
Professor Jean-Marie Lehn, was ist Ihre Vision als Chemiker?

Die Biologie will die Gesetze des Lebens finden, die Physik diejenigen des Universums. Ich möchte verstehen, wie überhaupt Organismen entstanden sind, die sich solche Fragen ausdenken können. Die Chemie hat die Mittel und sogar die Aufgabe, auf diese fundamentale Fragestellung eine Antwort zu suchen, denn sie bildet die Brücke zwischen der unbelebten und der belebten Materie. Alle Organismen bestehen aus Molekülen, die sich über Milliarden von Jahren aus Atomen gebildet haben und immer komplexer geworden sind. Auch wir Menschen sind letztlich ein Produkt solcher chemischen Vorgänge.

 

Wie erklärt die Chemie die Entstehung des Lebens?

Das chemische Grundprinzip, das zum Leben und Denken geführt hat, ist die Selbstorganisation der Materie, die wir auf dem Gebiet der supramolekularen Chemie erforschen. Allerdings kennen wir die Details bei der Entstehung des Lebens noch bei Weitem nicht.

 

Den Begriff supramolekulare Chemie haben Sie 1978 eingeführt. Was bedeutet er?

Bildlich gesprochen kann man Atome als Buchstaben interpretieren. Den Molekülen, die von der molekularen Chemie studiert werden, entsprechen dann die Wörter. Die supramolekulare Chemie untersucht, wie die Natur aus diesen Wörtern ganze Sätze bildet, aufgrund welcher Gesetze sich Moleküle zu komplexeren Strukturen zusammenschließen. Wenn wir Krankheiten diagnostizieren und heilen wollen, müssen wir diese Grundprinzipien verstehen, da sie auch die Eigenschaften der Biomoleküle kontrollieren.

 

Sind denn bereits Erfolge für medizinische Anwendungen zu verzeichnen?

Unsere Grundlagenforschung führte unter anderem zum Bau eines Diagnostikapparats, der Krebszellen nachweist und in Kliniken eingesetzt wird. Ursprünglich hatten wir einen Nanokäfig gebaut, den ein im Zentrum sitzendes Metall-Ion zum Leuchten bringt. Später zeigte sich, dass man solche winzigen Käfige chemisch an Antikörper binden kann, Moleküle, die der Organismus zur Abwehr von Fremdstoffen bildet. Mithilfe der Leuchtspur derart veränderter Antikörper lässt sich nun beobachten, ob sie in der Blutbahn Krebszellen oder andere sogenannte Antigene finden.

 

Wird auch die Nanotechnologie von der supramolekularen Chemie profitieren?

Davon bin ich überzeugt. Die Nanotechnologie versucht vom Großen ins Kleine und bis in die Welt der Milliardstelmeter vorzudringen, um neue Materialien herzustellen oder technische Funktionseinheiten zu miniaturisieren. Die supramolekulare Chemie verfolgt dieselben Ziele mithilfe der Selbstorganisation von Molekülen. Wenn wir verstanden haben, wie sie funktioniert, wird es in Zukunft möglich werden, von der Nanofabrikation kleinster Strukturen zur chemischen Selbstfabrikation überzugehen. Völlig neue Stoffklassen oder Minielemente für die Computerindustrie könnten sich dann selbst aufbauen. Aufgrund derselben Prinzipien, die zum Leben geführt haben.

 

Was treibt denn Moleküle zur Selbstorganisation an?

Dafür sind physikalische Kräfte verantwortlich, die zwischen Molekülen wirken, wobei man eher von Wechselwirkungen spricht. In den Molekülen steckt Information, die durch solche zwischenmolekularen Wechselwirkungen abgelesen wird. Ein Beispiel ist das DNA-Molekül, in dem die Erbinformationen gespeichert sind. Es besteht aus einer Reihenfolge von chemischen Gruppen, den sogenannten Nukleobasen. Die Information wird durch die Basenpaarung abgelesen. Sie sorgt dafür, dass sich zwei DNA-Stränge zur berühmten Doppelhelix zusammenlagern können.

 

Das Ablesen von Information nutzen Sie im Labor?

Ja. Zuerst muss man allerdings wissen, wie sich Moleküle erkennen. Sie tun das aufgrund des Schlüssel-Schloss-Prinzips, das man moderner auch molekulare Erkennung nennt. Wenn ein Virus in eine Zelle eindringt, geschieht das durch Wechselwirkungen zwischen Proteinen des Virus mit Proteinen in der Zellmembran. Die molekulare Erkennung spielt überall in der Biologie eine grundsätzliche Rolle. Jedes Arzneimittel beispielsweise ist eine Substanz, die im Organismus ein Ziel erkennt. Das Schloss ist ein biologisches Molekül in unserem Körper. Man baut ein Schlüsselmolekül, das sich daransetzt und dadurch etwas aktiviert, das nicht mehr funktioniert, oder einen Prozess hemmt, der schädlich ist.

 

Auf diese Weise könnte man beispielsweise auch die Protein-Ablagerungen an den Nervenzellen erschweren, die für Alzheimer-Erkrankungen verantwortlich gemacht werden?

Genau. Man bräuchte dazu ein Molekül, das sich selektiv an diese Proteine legt und die Ablagerungen hemmt, die zum Tod der Nervenzellen führen. Auch das ist ein Teil unserer Grundlagenforschung. Ein anderes wichtiges Ziel der supramolekularen Chemie ist der Aufbau von Architekturen durch molekulare Erkennung und Selbstorganisation.

 

Wer das beherrscht, kann einen Eiffelturm in Miniatur nachbauen?

Im Prinzip ja. Die Natur macht es uns vor. Das Tabakmosaikvirus zum Beispiel, das Pflanzen wie den Tabak, Tomaten oder Chili befällt, besteht aus 2130 Proteineinheiten, die sich aufgrund von physikalisch-chemischen Wechselwirkungen zusammensetzen und einen zylindrischen Turm bilden. Im Hohlraum dieses Turmes steckt das Genom des Virus, ein RNA-Molekül.

 

Ähnliches gelingt Ihnen bereits?

Zurzeit nur in bescheidenerem Rahmen. Wir haben Moleküle synthetisiert, die wie Streben aussehen, und andere, die flach wie ein Boden sind. Mischt man diese Moleküle mit einer Substanz, die beide Bauelemente richtig verknüpft, entstehen innerhalb von Minuten Nanozylinder. Sie haben drei Streben und vier Böden und werden von zwölf Verknüpfungseinheiten wie durch Zement zusammengehalten. Selbst das hätte man sich vor 15 Jahren nicht vorstellen können.

 

Welche Rahmenbedingungen braucht die Forschung, damit solche Ergebnisse zu Produkten führen?

Dafür gibt es kein Rezept. Das Wichtigste ist, dass man die Grundlagenforschung frei arbeiten lässt. Nur so kann Neues entstehen. Die meisten Wissenschaftler sind an den Anwendungen ihrer Forschung interessiert. Hätte man aber in erster Linie immer nur an Anwendungen gedacht, gäbe es heute alle möglichen Formen von Kerzen, jedoch keine Glühbirnen.

 

Bei der Umsetzung von Wissen in Anwendungen wächst die Konkurrenz weltweit. Können wir in Europa da mithalten?

In den USA gelingt die Umsetzung in Produkte problemloser und auch in Asien leben Wissenschaftler, die sehr gut sind. Ich verstehe mich kulturell vor allem als Europäer, aber auch hier sollte man sich vermehrt darum kümmern, Firmengründungen als Spin-offs der Forschung zu erleichtern. Das braucht natürlich finanzielle Unterstützung. Wenn wir meinen, es ginge in Europa ohne Anpassungen immer so weiter, irren wir uns.

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