Neues Leipziger Speziallabor ProVIS hat am Mittwoch im UFZ seine Arbeit aufgenommen

Je kleiner die Dinge sind, umso aufwändiger wird die Technik, um sie beobachten zu können. Mächtig gewaltig ist auch das neue Speziallabor, das am Mittwoch, 6. Mai, am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) eröffnet wurde. Selbst für die schon einige Revolutionen gewöhnten UFZ-Forscher setzt das neue Labor neue Maßstäbe.

ProVIS heißt dieses neue, 12 Millionen Euro teure sächsische Zentrum zur Visualisierung biochemischer Prozesse auf zellulärer Ebene abgekürzt. Es soll künftig tiefere Einblicke in den Stoffwechsel von Mikroorganismen erlauben. Die 12 Millionen Euro in diesen modernen Technik-Park haben Sachsen, Sachsen-Anhalt, der Bund und die EU gemeinsam investiert, um Leipzig als internationales Kompetenzzentrum für Umwelt- und Biowissenschaften weiter auszubauen.

Und wozu soll es dienen? – Eigentlich wie eine Art  Teleskop in ein ganz besonderes Weltall, ein besonders kleines Weltall. Mit dieser Geräteplattform sollen biologische Objekte, Strukturen und Oberflächen im Nanobereich in optischer Hochauflösung dargestellt werden können. Das soll – wie die Forscher so lax erklären – durch eine einzigartige Konstellation von Geräten zur bildgebenden chemischen Analytik und verschiedenen mikroskopischen Techniken möglich werden. Nanobereich, das ermöglicht einen Blick bis hinein in lebendige Zellen.

„Mit ProVIS hat das UFZ eine weitere, für Helmholtz typische Forschungsinfrastruktur geschaffen, die nicht nur den eigenen Wissenschaftlern am UFZ neue Perspektiven eröffnet, sondern auch viele regionale, nationale und internationale Forschergruppen nach Leipzig locken wird”, zeigt sich Prof. Georg Teutsch, wissenschaftlicher Geschäftsführer des UFZ, überzeugt.

Herzstück des Speziallabors ist eine 3,2 Millionen Euro teure NanoSIMS – ein Sekundärionen-Massenspektrometer (SIMS) mit einer räumlichen Auflösung bis zu 50 Nanometern, von denen es weltweit bisher nur wenige Geräte gibt. Die hohe Auflösung und ihre Massenempfindlichkeit ermöglichen es, Elemente und Isotope an den Oberflächen von Zellen sowie die chemischen Veränderungen darin zu untersuchen. Wirklich einzigartig bei ProVIS ist jedoch die Möglichkeit, die NanoSIMS mit anderen hochmodernen Analyse- und bildgebenden Verfahren kombinieren zu können. Beispielsweise mit der ToF-SIMS, einem weiteren Sekundärionen-Massenspektrometer, das ergänzend detailliertere Informationen zur räumlichen Anordnung molekularer Bausteine in Zellen liefert. Oder einem Heliumionenmikroskop, das kleinste Details einer Zellstruktur bis in den Subnanometerbereich hinein sichtbar machen kann, z.B. Ionenkanäle, Zellmembranen oder Proteine. Im Idealfall werden also ein und dieselbe Probe in verschiedenen Mikroskopen untersucht und die Informationen danach gemeinsam ausgewertet, um eine komplette Analyse von Zellen eines Bakteriums zu bekommen.

„Der Aufbau einer solchen sogenannten korrelativen Mikroskopie ist eines der wichtigsten Ziele für uns, um den Zellen ihre Geheimnisse zu entlocken”, sagt ProVIS-Chef Dr. Hans-Hermann Richnow.

Wozu dieser Gerätepark zur Beobachtung der Nano-Welt dient, beschreiben die Forscher vom UFZ so:

“Bis heute ist nur ein Bruchteil darüber bekannt, wie die Mikroorganismen in unserer Umwelt leben, wovon sie sich ernähren, wie ihr Stoffwechsel funktioniert und wer welche Funktionen in mikrobiellen Lebensgemeinschaften hat. Vergleichbar wäre dies mit einer Stadt, von der bekannt ist, dass es sie gibt und dass dort Menschen leben, aber nur darüber spekuliert werden kann, wer sich beispielsweise um Nahrungsmittel, Transport, Ordnung oder Abfall kümmert. Den Menschen muss also ein Name und eine Funktion zugeordnet werden, um diese Stadt und die Aktivität einzelner Akteure oder Gruppen zu verstehen. Mit ProVIS können Aktivität, Identität und Wechselwirkung der Zellen in mikrobiellen Gemeinschaften im Detail untersucht werden – auch um sie für biotechnologische Anwendungen nutzbar zu machen. ”

Die Grundlagenforschung koppelt hier also direkt an die angewandte Forschung an.

So geht es um den Einsatz von Mikroben zur Energiegewinnung, zur Produktion neuer Wertstoffe, zum Abbau von Schadstoffen aller Art oder zur Gewinnung wertvoller Metalle aus Rückständen des Erzbergbaus. Denn letztere sind nicht nur umweltgefährdend, sondern bergen auch wertvolle Metalle und andere Rohstoffe, die wegen der ständig steigenden Nachfrage und begrenzten Kapazitäten von wirtschaftsstrategischer Bedeutung sind.

In einem vom Bundesforschungsministerium (BMBF) mit 1,5 Millionen Euro geförderten Projekt entwickeln Wissenschaftler des UFZ, des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf und der TU Bergakademie Freiberg daher zum Beispiel ein Verfahren, um Theisenschlämme aufzubereiten – ein im Mansfelder Land lagerndes Restprodukt des Kupferschieferbergbaus, das tausende Tonnen wertvoller Metalle enthält. So werden alte Abraumhalden zu neuen Rohstoffquellen. Die Einblicke in die Zellen der Mikroorganismen, die ProVIS liefert, sind dabei erste, aber entscheidende Schritte auf dem Weg zu künftigen Technologien.

Dr. Eva-Maria Stange, sächsische Staatsministerin für Wissenschaft und Kunst, betonte am Mittwoch in ihrem Grußwort: „Mit ProVIS wird insbesondere der Forschungsbereich Life-Sciences am UFZ gestärkt, so dass ein breites Spektrum an Fragestellungen aus der Biotechnologie, der Bioenergie, den Umweltwissenschaften und der medizinischen Forschung abgedeckt werden kann. Ich bin aber davon überzeugt, dass es ProVIS – eingebettet in ein hervorragendes wissenschaftliches Umfeld in Leipzig und Mitteldeutschland – gelingen wird, sich in den kommenden Jahren zu einem international sehr sichtbaren Kompetenzzentrum zu entwickeln.”

Untergebracht ist ProVIS in einem UFZ-Gebäude im Wissenschaftspark Permoserstraße, das bereits aus den 1960-er Jahren stammt. Für über 2 Millionen Euro wurde dessen Kellergeschoss umgebaut und auf die besonderen Bedürfnisse zugeschnitten. Die hochempfindliche Technik benötigt nicht nur konstante Raumtemperaturen, sondern muss auch vor elektromagnetischen Feldern oder Vibrationen abgeschirmt werden. Damit die Erschütterungen von Straßenbahnen oder größeren Fahrzeugen auf den benachbarten Straßen die Messungen nicht stören, wurde ein spezieller Boden eingebaut, der die Geräte von ihrer Umgebung entkoppelt.