Unsere Zukunft neu denken

Mikroskopisch kleines Faltungswunder: DNA-Origami

Dass ich an Medizin ein so großes Interesse habe, ist sozusagen erblich bedingt. Mein Vater ist Radiologe. Ich habe lange überlegt, ob ich nicht auch Medizin studieren sollte. Die Möglichkeiten und das Tempo der Fortschritte faszinieren mich, zum einen aus einem wissenschaftlichen Interesse, zum anderen aufgrund einer humanitären Einstellung. Ich finde es einfach äußerst befriedigend, dass man mit immer besserer Medizin den Menschen immer wirksamer helfen kann, selbst in Fällen, die früher als hoffnungslos galten. Als Kind und als Jugendlicher bin ich öfter im Krankenhaus mit meinem Vater »mitgelaufen«, ich bin Patienten begegnet, denen es wirklich schlecht ging, die aber gerettet werden konnten. Ihre Freude und die Erleichterung über erfolgreiche Therapien haben mich stets tief beeindruckt. Ich erinnere mich zum Beispiel noch gut an eine Patientin, die Fischverkäuferin war und meinem Vater aus Dankbarkeit für die Behandlung später einen Fisch gebracht hat - eine kleine, aber rührende Geste.

Dass ich Physik und Sozialwissenschaften als Studienfächer wählte, sieht aus wie eine Abkehr von diesem Gedanken, aber das stimmt so nicht. Wenn mein Vater von seiner Arbeit erzählte, schwärmte er immer von der Physik, die dahintersteckte -, also dass man mit der intelligenten Nutzung physikalischer Prozesse so große Effekte erzielen kann. Etwa indem man durch Röntgen einem äußerlich nicht sichtbaren Problem auf die Spur kommt oder einen Tumor mittels Strahlentherapie zerstört. Ich erinnere mich, dass mein Vater mir einmal eine ausgediente Röntgenröhre mitbrachte, als ich ungefähr 15 Jahre alt war. Ich war total beeindruckt von ihrem letztlich einfachen Aufbau und stellte sie, wie einen Deko-Gegenstand, in mein Zimmer. Dass man Röntgenstrahlung durch das Abbremsen von energiereichen Elektronen erzeugt, fand ich faszinierend. Den Bremsteller, an dem die Strahlung auftritt, habe ich mir oft, wenn ich über einem Problem grübelte, angeschaut. Er wirkte inspirierend auf mich, so wie andere Menschen vielleicht durch Gemälde oder Musik inspiriert werden. Wenn ich Mediziner geworden wäre, hätte ich wahrscheinlich eine ähnliche Fachrichtung eingeschlagen wie mein Vater.

Verstehen und weitergeben

Für ein Studium der Physik und der Sozialwissenschaften habe ich mich entschieden, weil ich die - vielleicht etwas naive - Vorstellung hatte, dass ich mit der Physik die natürlichen Phänomene und Zusammenhänge erklären kann und mit den Sozialwissenschaften die wirtschaftlichen und gesellschaftlichen. Ganz so ist es natürlich nicht, aber ganz falsch auch nicht. Auf jeden Fall kam diese nicht übliche Kombination von Studienfächern meiner Neugier entgegen, die letztlich in den Beruf als Youtuber und Filmemacher mündete. Ich versuche zu durchdringen, was es an Neuem in der Wissenschaft gibt und welche Fortschritte damit verbunden sind. Und ich gebe diese Erkenntnisse weiter, indem ich möglichst viele Leute dafür zu interessieren versuche. Ein wunderbarer Effekt dieser Kombination: Ich treffe unendlich viele interessante Menschen, denen ich sonst wohl nie begegnen würde.

Einer davon ist Professor Hendrik Dietz. Er hat den Lehrstuhl für Biomolekulare Nanotechnologie an der Technischen Universität München inne und gehört zu den international bedeutendsten Forschern auf dem Gebiet der medizinisch nutzbaren Nanotechnologie. Wenn man ihn das erste Mal trifft, kann er ein wenig einschüchternd wirken. Manche nehmen ihn vielleicht sogar als ruppig war. Ich bin da eher unempfindlich, weil ich glaube, dass es wohl ein besonders effizientes und konzentriertes Verhalten ist, was sich so äußert. Einige Menschen mögen das als kühl empfinden, mir gefällt es aber, und ich arbeite besonders gern mit jemandem wie Dietz zusammen. Hendrik Dietz ist ein Überflieger. Die Liste seiner Auszeichnungen ist lang, darauf stehen unter anderem der Studienpreis der Körber-Stiftung, der Leibniz-Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft, die Ehrenmitgliedschaft der Nordrhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften und der Künste, Förderung durch den Europäischen Forschungsrat.[19] Das Motto seines Instituts, abgekürzt Dietz-Lab, ist ein Satz von Seneca und lautet: Nemo nascitur sapiens, sed fit. Also so viel wie: Keiner wird weise geboren, man wird es erst. Ein radikales Bekenntnis zur Freude am Forschen und der damit verbundenen harten Arbeit, scheint mir.

DNA so falten, wie man will

Smalltalk mit ihm ist tatsächlich eine Herausforderung. Doch warum sollte man überhaupt unverbindlich mit ihm plaudern wollen? Was er über seine Arbeit zu erzählen hat, ist ja ungeheuer spannend. Dietz will nämlich »molekulare Geräte und Maschinen«[20] bauen, die genau definierte Aufgaben ausführen können. Bei »Geräte und Maschinen« denkt man unwillkürlich an große Baustellen oder Produktionshallen. Hier geht's aber genau um das Gegenteil, nämlich um allerkleinste Einheiten. Der entscheidende Begriff ist »molekular«. Moleküle sind winzig klein, sie können aber auch aus Hunderttausenden gleichen oder unterschiedlichen Bausteinen bestehen und dann Makro-, also Riesenmoleküle bilden. Zu den natürlichen Makromolekülen gehören Proteine wie Enzyme, Kohlenhydrate wie Stärke oder Nukleinsäuren wie DNA und RNA. Dietz erforscht, wie man neuartige komplexe DNA-Moleküle bauen kann, die in der Lage sind, bestimmte medizinisch-therapeutische Aufgaben zu erfüllen. Das Zauberwort lautet »DNA-Origami«.

DNA kennt man wahrscheinlich aus dem Biologieunterricht. Sicherheitshalber skizziere ich hier noch mal in groben Zügen, worum es sich handelt, denn dann versteht man besser, was für eine wahnsinnig aufregende - und anspruchsvolle - Aufgabe sich Dietz und sein Team gestellt haben. DNA ist die Abkürzung für die englische Bezeichnung der Desoxyribonukleinsäure. Pauschal gesagt handelt es sich um die Erbinformation zum Aufbau und zur Funktionsweise der Zellen eines jeden Lebewesens. Die DNA ist ein langes Molekül, das aus Millionen von Nukleotiden besteht. Jedes Nukleotid besteht aus drei Bausteinen: einem Zucker namens Desoxyribose, einem Phosphat und einer von vier möglichen Basen (Adenin, Cytosin, Guanin, Thymin). Die Nukleotide verbinden sich zu einem Strang, an den sich ein entgegengesetzt orientierter Strang anlagert.[21] Die beiden Stränge drehen sich um eine gemeinsame Achse, das ist die Doppelhelix. Das Phosphat und das Zuckermolekül bilden das Rückgrat, also die Außenstränge dieser Helix.

DNA-Isolation ist kinderleicht. Glaubt man kaum, stimmt aber. Man kann mit wenigen Utensilien am Küchentisch die DNA von Früchten oder Gemüse isolieren. Am Ende erhält man weiße, ein bisschen glibberige DNA-Fäden. Es sind die Gene der Erdbeeren oder Bananen oder was auch immer man bearbeitet hat. Um weitere Erkenntnisse aus einer solchen Isolation zu ziehen, braucht man allerdings mehr als den Küchentisch, das geht nur mit den High-Tech-Geräten eines DNA-Labors. Aber dieser Versuch zeigt bereits, dass wir jeden Tag die Gene von vielen Lebensmitteln aufnehmen - eine spannende Erkenntnis, da mir immer wieder Leute begegnen, die Angst haben, dass ihre DNA verändert wird, wenn sie fremde DNA zu sich nehmen. Dabei braucht man sich nur daran zu erinnern, dass wir beispielsweise mit einem Apfel auch seine 50 Billionen Gene verspeisen -, ohne dass es negative Effekte hätte.

Komplementäre Paarung

Die Basen stellen die Brücken zwischen beiden Strängen her, sie enthalten den genetischen Code bzw. die Informationen, die in der DNA gespeichert sind. Aber: Es schlägt nicht eine Base allein die Brücke zwischen die beiden Stränge, sondern sie »trifft« sich mit einer Base von dem anderen Strang. Dafür kommt aber nicht jede Base in Frage, schon gar nicht eine aus derselben Gruppe. Es muss eine komplementäre sein. Deshalb sind die beiden Stränge auch gegenläufig. Adenin kann sich beispielsweise nicht mit Guanin paaren, sondern nur mit Thymin, Cytosin passt zu Guanin.

Modell der DNA-Doppelhelix mit den Basenpaaren

Wichtig ist die Abfolge der Basen. Will man sie beschreiben, dann drückt man das mit den Anfangsbuchstaben der Basen aus, also A, C, G, T. Es sind ja nur vier Basen, aber sie können in sehr vielen Variationen hintereinander folgen. Und ein Gen besteht aus vielen solcher Bausteine. Das Hämoglobin-Gen zum Beispiel beginnt mit CCCTGTGGAGCCACACCCTAG und ist insgesamt 43000 Bausteine lang.[22] Der Durchmesser eines menschlichen DNA-Fadens beträgt zwei Nanometer, die Länge rund zwei Meter....