Interviews mit Dresdner Wissenschaftlern über das Forschen in Dresden, geführt von Oliver Jungen

„Es geht um Einfachheit"
 

Prof. Dr. Jochen Guck

Herr Professor Guck, Sie sind vor nicht langer Zeit aus dem nobelpreisverwöhnten Cavendish Laboratory in Cambridge nach Dresden gekommen. Wie haben Sie sich eingefunden?

Ich bin schon seit einiger Zeit hier angekommen. Ich habe ja im Januar 2012 in Dresden begonnen und mich sehr schnell heimisch gefühlt in dieser Wissenschaftslandschaft. Einige Kollegen kannte ich noch von früher, viele habe ich neu kennen gelernt.

Kein Kulturschock also?

Was es vereinfacht hat, ist natürlich, dass ich fünf Jahre in Leipzig tätig war und deutsche Universitäten schon kannte. Ich wusste, dass da etwas mehr Administration nötig ist als in Cambridge, wo man sich rühmt, die am wenigsten reglementierte Universität der Welt zu sein. Das kann ich bestätigen. Tatsächlich herrschen dort flachste Hierarchien, das ist hier nicht unbedingt so. Auch die Betreuung der Studenten ist in Cambridge individueller. Forschungstechnisch aber muss sich Dresden in dem Bereich, in dem ich arbeite, nicht hinter Cambridge verstecken, eher im Gegenteil.

Wie ist es mit der Vernetzung der Wissenschaft hier und dort?

Cambridge ist ganz hervorragend auf verschiedenen Gebieten, aber fachübergreifende Kooperationen gehören nicht zu den Stärken dieser Universität. Cambridge ist geradezu dafür berüchtigt, dass es kaum möglich ist, über Departementgrenzen hinweg gemeinsame Projekte auf die Beine zu stellen. Das habe ich selbst erfahren, weil ich ja mit dem Ziel dort hingegangen bin, das Physik-Departement wieder näher an die Biologie und die Medizin heranzuführen. Diese Versuche sind enttäuschender Weise im Sand verlaufen.

Das ist fatal, denn eine solche Zusammenarbeit erst hatte ja zur Geburt der Molekularbiologie am Cavendish Laboratory geführt. James Watson und Francis Crick, die 1953 das räumliche Modell der DNA-Doppelhelix entdeckten, kamen aus der Physik. Danach war die Physik aber weitgehend abgekapselt.

Und in Dresden...

ist das ganz anders. Das wissenschaftliche Niveau ist ähnlich hoch, aber es herrscht die generelle Einstellung, dass man durch Kooperationen Spannendes schaffen kann. Die interessantesten Dinge passieren eben an den Grenzbereichen der Disziplinen. Diese Schnittstellen in den Blick zu nehmen, ist eine Spezialität Dresdens. Das ist mir hier immer schon aufgefallen: Wenn man mit Dresdner Forschern spricht, ist da sofort Begeisterung über die Arbeit des anderen und dann gleich ein konkreter Plan, was zusammen unternommen werden kann. Es gibt hier mehr Möglichkeiten für Projekte und Kooperationen, als ich wahrnehmen kann.

Sie sind mit einer Alexander von Humboldt-Professur nach Dresden gelockt worden, dem mit fünf Millionen Euro höchstdotierten internationalen Forscherpreis in Deutschland. Fünf Jahre lang befreit Sie das weitgehend vom lästigen Drittmitteleinwerben. Sie kennen aber auch die Normalbedingungen deutscher Universitäten: Würden Sie sagen, auch damit ist Spitzenforschung gut möglich?

Ja, würde ich schon sagen. In meinem Bereich jedenfalls sind nicht unbedingt riesige Summen nötig, um voranzukommen. Ich brauche keine milliardenteuren Teilchenbeschleuniger oder so etwas. Die spannenden Dinge passieren bei uns im Kopf. Wir benötigen dann natürlich einige nicht allzu teure Geräte wie Laser und Mikroskope, um die Ergebnisse zu testen. Das lässt sich in der Regel aber auch mit einem einfachen Drittmittelantrag bewerkstelligen. Natürlich hilft eine solche finanzielle Ausstattung wie die Alexander von Humboldt-Professur, aber auch ohne diese hätte ich in Deutschland wahrscheinlich bessere finanzielle Möglichkeiten für meine Forschungen als in England. Überhaupt gibt es, wenn ich das so überblicke, im Moment wohl kein Land, in dem man besser forschen kann als in Deutschland. Selbst in den USA wird gerade sehr gespart, viele Forscher müssen aus der Wissenschaft ausscheiden.

Sie waren schon als Berater von Unternehmen tätig. In Dresden gibt es eine große Ausgründungsmentalität: Sind Sie auch an eigenen Unternehmensgründungen aus der Universität heraus interessiert?

Ja, Interesse gibt es da auf jeden Fall. Das hat schon forschungsgeschichtliche Gründe. Wer neue Messmethoden entwickelt, will die auch möglichst vielen Leuten an die Hand geben. Und damit so etwas wie neue Diagnose- und Prognose-Verfahren zur Anwendung kommen, ist es wichtig, sie an die private Wirtschaft zu übergeben. Eine eigene Gründung hat den Vorteil, die Kontrolle zu behalten.

Konkrete Pläne gibt es aber noch nicht?

Jein. Ich bin noch dabei, den „Optical Stretcher“ zu kommerzialisieren, und zwar gemeinsam mit meinem Doktorvater in Leipzig. Das ist ein lasergestütztes Analyse-Instrument, mit dem wir viele Zelleigenschaften überprüfen können. Im Jahre 1997 habe ich erstmals Zellen mit Licht auseinandergezogen, das war aber alles noch sehr improvisiert. Ein richtiges Gerät ist der „Stretcher“ seit etwa 2005. Wir sind dabei, ihn technisch weiter zu verbessern: mit wie wenigen Zellen wir die Untersuchungen starten können zum Beispiel. Aber ich habe auch weitergehende Pläne und nehme gerade Kontakt mit der lokalen Biotechnologie-Industrie auf.

Wie kam es, dass in der Forschung der letzten Jahre die physikalische Dimension von Zellen zugunsten der biochemischen und molekularen so wenig berücksichtigt wurde?

Ich möchte gar nicht schlecht machen, was die Kollegen in der Biologie in den letzten Jahrzehnten erreicht haben. Es ging darum, den genetischen Code zu verstehen. Das ist ganz hervorragend und unheimlich wichtig. Auch sind immer noch viele wichtige Fragen offen. Der Grund, warum der Fokus hauptsächlich auf der Biochemie lag, ist wohl tatsächlich in der alles überstrahlenden Entschlüsselung der DNA-Struktur begründet. Auf einmal gab es die Möglichkeit, Zellen auf molekularer Ebene ganz neu zu verstehen. Man war fixiert auf Gene und Proteine. Da sind andere Aspekte ein wenig ins Hintertreffen geraten, auch physikalische, also eine Zelle als physischen Klumpen mit bestimmten Eigenschaften zu betrachten.

Der Blick der Biologen war zu detailliert?

Da gilt das Sprichwort: Man sieht den Wald vor lauter Bäumen nicht. Wer sich die etwa dreißigtausend verschiedenen Moleküle in einer Zelle anschaut, die auch noch in vielfacher Anzahl vorhanden sind, kann nur einzelne herauspicken und die Interaktion untersuchen. Das Gesamtensemble gerät dabei aus dem Blick. Da kann es nicht schaden, einmal alle Details zu vergessen und auf einer anderen Ebene zu untersuchen, was eine Zelle überhaupt ist.

Anschaulicher gesprochen: Schaut sich jemand, der einen auf und ab hüpfenden Gummiball vor sich hat, an, was die Unmengen an Atomen in seinem Inneren tun? Das ist möglich, aber so komplex, dass man Schwierigkeiten haben wird, damit das Hüpfen des Balls zu beschreiben. Da ist es sinnvoller zu sagen: Ich weiß zwar, dass da Atome sind, aber die interessieren mich jetzt gerade nicht. Ich kann jedoch das von ihnen aufgebaute Objekt insgesamt beschreiben, eine Federkonstante, einen elastischen Modul desselben bestimmen und damit ganz einfach erfassen, wie der Ball hoch und runter springt.

Sie nehmen als Professor für Zelluläre Maschinen nun also diese Perspektive von außen ein. Was können Biologen Neues von Ihnen lernen?

Die Ideen, die wir verfolgen, sind nicht alle neu. Viele gab es sogar schon zu Beginn des 20. Jahrhunderts, aber damals existierten eben noch keine adäquaten Messinstrumente. Wir reden hier schließlich von Zellen. Die sind, selbst wenn man sie als Ganzes betrachtet, extrem klein. Der Durchmesser beträgt etwa ein Zehntel eines menschlichen Haares. Die erste Frage also war: Wie können wir da mechanische Eigenschaften untersuchen? Wie können wir an Zellen kontrolliert herumdrücken? Jetzt haben wir – auch dank des „Optical Stretchers“ Methoden verfügbar, mit denen das möglich ist. Dass ich Physiker bin, hat dabei sehr geholfen. Man muss sich schon weit genug einfühlen können, um zu wissen, was die Biologen interessieren könnte. Aber man trägt nicht den ganzen Fachballast der Biologie mit sich herum, hat also einen frischen Blick auf den Gegenstand.

Es geht Ihnen also um die mechanischen und optischen Eigenschaften von Zellen und Geweben. Sind die nicht auch genetisch bestimmt?

Zellen sind physikalische Objekte, die sich in Raum und Zeit bewegen. Wenn eine Zelle von A nach B krabbeln will und da wenig Platz ist, ist ihre Verformbarkeit wichtig. Die Verformbarkeit wird zwar mitbestimmt durch Gene und Proteine, aber die relevante Beschreibung ist in diesem Fall die, welche angibt, wie verformbar oder steif die Zelle ist.

Ist das also ein Stück weit Ontologisierung? Eine Rückkehr von teils ja reinen Theoriemodellen zum sichtbaren Dasein?

Es hilft mir zumindest, mit dieser Sache umzugehen, denn ich kann nicht in Proteinen denken. Die Bewegung von Zellen etwa ist immer bestimmt durch Kräfte, auch wenn da irgendwo Proteine wirken mögen. Aber ohne Kräfte bewegt sich nichts. Und es gilt ja generell in der Physik: Eine Theorie ist dann richtig, wenn sie einfach und schön ist. Es geht um Einfachheit. Kommen wir zu Ihren ganz konkreten Forschungen in dieser Hinsicht: Sie haben beispielsweise Krebszellen auf diese Weise untersucht.

Ja. Auch da war die Grundfrage, inwiefern Mechanik mit der Funktionsweise von Zellen zusammenhängt. Haben diese Zellen einen elastischen Modul, den sie selbst einstellen, oder ist das alles eher willkürlich? Alle Krebszellen – mit Ausnahme nur der Leukämien – sind weicher als normale Zellen. Hier sieht man wieder die Vereinfachung: Es gibt über 200 verschiedene genetisch definierte Krebsarten. Wenn man sie auf der genetischen Ebene ansieht, hat man also 200 verschiedene Verläufe zu betrachten. Sieht man sich die Krebszellen physikalisch an, gibt es diese eine Gemeinsamkeit, dass alle weicher werden. Nun kann man fragen, warum sie das tun. Ist das ein charakteristisches Merkmal? Meines Erachtens ja, denn Zellen müssen dann weich sein, wenn sie sich bewegen wollen. Sie müssen sich durch andere Zellen im Verbund hindurchquetschen.

Wir haben damit einen einfach messbaren physikalischen Parameter, die Verformbarkeit von Zellen, womit vermutlich Krebsdiagnosen erstellt werden können. Eventuell können hiermit sogar Vorhersagen getroffen werden, denn die Zellen, die metastasieren können, sind noch einmal weicher als die anderen Krebszellen. Je nach Anzahl der sehr weichen Zellen in einem Tumor, könnte man also auf die Wahrscheinlichkeit einer kommenden Metastasenbildung schließen. Das ist bis heute noch nicht möglich. Darauf könnte die Therapie dann frühzeitig abgestellt werden. Daraus könnten dann drittens auch neue therapeutische Ansätze entwickelt werden. Es wäre zu überlegen, ob und wie sich Zellen versteifen lassen. Wenn man die potentiell gefährlichen Zellen versteift, können die gar nicht anderswo hin krabbeln. Der Krebs würde dann nicht streuen.

Das ist sehr spannend. Ist das also eines Ihrer großen Dresden-Projekte?

Kurioserweise ist das ein Gebiet, das wir nicht mehr bearbeiten. Wir sind Forscher und interessieren uns für die noch nicht bekannten Dinge. In diesem Fall glauben wir, ausreichend verstanden und publiziert zu haben. Jetzt müsste die Medizin das Thema aufgreifen und weiterführen.

Was sind dann Ihre Schwerpunktprojekte in Dresden?

Zwei Schwerpunkte würde ich nennen. Ich habe zusätzlich zur Humboldt-Professur noch ein Starting Grant des European Research Council erhalten, 1,5 Millionen Euro für fünf Jahre. Diese Fördergelder verwende ich für ein Projekt, in dem es darum geht, Blutvergiftungen zu diagnostizieren. Entzündliche Erkrankungen werden in der Regel von weißen Blutzellen bekämpft. Da lag es nahe zu untersuchen, ob weiße Blutzellen erkrankter Menschen weicher oder steifer sind als normale weiße Blutzellen, wenn eine Entzündung im Körper vorliegt. Es geht darum, ob man die Schwere der Entzündung auf diese Weise erschließen und eine Blutvergiftung frühzeitig erkennen kann. Hier wenden wir also das, was wir sehr gut beherrschen, auf ein neues Gebiet an. Dafür verwenden wir auch den „Optical Stretcher“. Daneben aber gibt es noch ein sehr visionäreres Forschungsprojekt zum Zentralnervensystem, für das ich die Mittel der Humboldt-Professur einsetzen möchte.

Da beginnen Sie ganz neu?

Es geht darum, inwiefern Zellen sich für die Mechanik ihrer Umgebung interessieren. Es gab da einige grundsteinlegende Experimente von einem Kollegen in den USA vor einigen Jahren. Es wurde gezeigt, dass Zellen – zum Beispiel Stammzellen –, die man auf ein sehr weiches Substrat auspflanzt, spontan in Richtung Nervenzellen differenzieren, die im Gehirn auch eine sehr weiche Umgebung haben. Aufgebraucht auf etwas steifere Substrate würden dieselben Zellen spontan in Richtung Muskelzellen differenzieren. Muskelgewebe ist steifer als Nervengewebe. Auf noch steiferen Substraten würden sie in Richtung Knochenzellen differenzieren. Das bedeutet also, dass Zellen Messungen machen, wie steif ihre Umgebung ist. An diese Ergebnisse schließen wir an.

Können Sie die entscheidenden Forschungsfragen kurz skizzieren?

Es wäre zunächst wichtig, zu wissen, ob Nervenenden gerne da hinwachsen, wo es weich ist. Bleiben sie generell von steifen Bereichen weg? Wenn man eine Verletzung im Zentralnervensystem hat, zum Beispiel eine Querschnittslähmung durch eine Rückenmarksverletzung, dann findet nämlich zunächst einmal eine entzündliche Reaktion statt. Blutzellen gelangen in diese Gegend hinein, die eine Immunabwehr orchestrieren. In der Folge kommt es zu einer Ausschüttung von Material, das diese Gegend versteift, sogenannte Fibrose. Es ist bekannt, dass durch diese Narbe, die durch unterstützende Gliazellen hervorgebracht wird, keine Nervenenden mehr hindurchwachsen.
 
Ein Biologe schaut sich das an und sagt, dass dort bestimmte biochemische Faktoren von dieser Narbe abgesondert werden müssen, die den Zellen der Umgebung signalisieren: Da soll ich jetzt nicht hinwachsen. Das ist sicher auch zum Teil richtig, aber eben noch nicht die ganze Wahrheit. Die Hypothese, an der wir gerade arbeiten, lautet: Auch die Mechanik dieser Narbe spielt eine Rolle. Wir gehen davon aus, dass das Narbengewebe steifer ist. Das ist zwar naheliegend, aber bislang hat das niemand exakt nachgewiesen. Also messen wir nun die Steifheit.
 
Wir glauben, dass die Nerven dort nicht hinwachsen, einfach weil die Narbe steifer ist als die Umgebung. Wir glauben auch, dass die Gliazellen in der Narbe bleiben und weiterhin eine entzündliche Reaktion orchestrieren. Und schließlich hoffen wir, dass wir durch die Veränderung der mechanischen Eigenschaften des Narbengewebes die Situation dahingehend drehen können, dass die Gliazellen weniger reaktiv sind, dass sie weniger Entzündungsreaktionen ablaufen lassen, so dass die Nervenenden wahrscheinlicher wieder in diese Gegend einwachsen. Unserer Meinung nach ist die mechanische Komponente neben den biochemischen Ansätzen also ganz entscheidend, um Querschnittslähmungen heilen zu können. Wenn es klappen würde, dies in den nächsten fünf Jahren zu zeigen, dann wäre das, ja...

...eine Sensation! Das führt mich zu einer ganz anderen Frage. Es fiel mir auf, dass in Artikeln zu Ihren Forschungen oft geradezu ein Erlösungstonfall herrscht. Belastet das auch manchmal, wenn so große Hoffnungen in einen gesetzt werden – letztlich natürlich auch von Betroffenen, von Krebspatienten oder Querschnittsgelähmten etwa? Es kann ja auch sein, dass man nicht zu den erwarteten Ergebnissen kommt.

Das kann sein. Es wäre sicher vermessen, zu sagen, dass ich in den nächsten fünf Jahren den entscheidenden Beitrag zu einem Forschungsproblem leiste, an dem viele Forscher seit vielen Jahren arbeiten. Ich kann allenfalls sagen, dass ich einen interessanten Ansatz habe und den intensiv untersuche. Darin ist beinhaltet, dass es vielleicht auch nicht der richtige Ansatz ist. Das ist eben eine wissenschaftliche Herangehensweise, eine These zu formulieren und dann versuchen, sie zu falsifizieren. Je länger das misslingt, desto wahrscheinlicher wird, dass die These stimmt.

Aber das Stimulieren von Hoffnungen ist schon ein interessanter Punkt. Ich hatte zum Beispiel vor einigen Jahren einen Anruf von einem Scheich aus Saudi-Arabien, der sagte, sein Bruder sei an Krebs erkrankt und er würde ihn sofort in den Flieger setzen. Zwei Tage später werde er in Leipzig sein. Ich solle ihn doch bitte abholen und alles in meiner Macht stehende tun, um den Bruder vom Krebs zu heilen. Da musste ich sagen: Da haben Sie leider etwas falsch verstanden, ich bin Forscher und kein Mediziner. Ihr Bruder ist in einer Klinik am besten aufgehoben. Mit so etwas ist werden wir Wissenschaftler immer wieder konfrontiert.

Vielleicht werden wir auch manchmal vom Enthusiasmus an den eigenen Projekten davongetragen und wecken solche Hoffnungen. Wie sehen Sie das? Sollte man da als Forscher vorsichtiger sein?

Ich denke, das können Sie gar nicht beeinflussen. Es ist wohl ein medialer Mechanismus, das auch nur möglicherweise Sensationelle sehr stark zu machen.

Vielleicht sollten wir Wissenschaftler aber auch mehr Aufklärung betreiben hinsichtlich des Charakters von Forschung selbst. In der generellen Bevölkerung wird vielleicht nicht immer richtig verstanden, dass es da nicht um gerichtete Forschung gehen kann. Ein Forscher kann nicht einfach für fünf Millionen Euro garantieren, dass nach fünf Jahren ein Produkt herauskommt. Man kann mit einer solchen Förderung nur die Möglichkeit schaffen, Dinge auszuprobieren, die man sonst nicht ausprobieren würde. Gerade die großen Fortschritte in der Medizin, Penicillin etwa, wurden nicht durch zielgerichtete Forschung erreicht, sondern durch Ausprobieren, durch Spielen.

Und Dresden ist eine gute Spielwiese?

Ja. Zumal die hervorragenden hiesigen Zell- und Entwicklungsbiologen an ähnlichen Fragen arbeiten und für Kooperationen offen sind. Das ist für mich ungeheuer attraktiv. Es gibt, kurz gesagt, für die Art Forschung, die ich mache, momentan keinen Ort auf der Welt, an dem ich lieber wäre als in Dresden.

Vielen Dank für das Gespräch.
Experteninterview Prof. Guck | Wirtschafts- und Wissenschaftsstandort Dresden

Exzellenz als Prinzip

Dresdens Erfolg beruht auf den Schlüsseltechnologien Mikroelektronik, Informations- und Kommunikationstechnologie, Neue Werkstoffe, Photovoltaik und Nanotechnologie, Life Sciences und Biotechnologie. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Unternehmen und Forschungseinrichtungen bringt Dresden voran.