Der nach Wien zurückgekehrte Strukturbiologe Clemens Plaschka erforscht am IMP, wie die Information aus der Erbsubstanz in Proteine übersetzt wird. Er nutzt dazu eine Technik, die vor zwei Jahren mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde.
Im Prinzip weiß man, wie die biochemischen Vorgänge, die Leben ermöglichen, in der Zelle ablaufen. Ein grundlegender Vorgang ist die Produktion von Proteinen auf Basis der Baupläne, die in der Erbsubstanz (DNA) festgeschrieben sind: In einem ersten Schritt werden die Gene in eine sogenannte messenger RNA (mRNA) kopiert. Diese wandert in einem zweiten Schritt aus dem Zellkern heraus, um schließlich – drittens – in eine Proteinsequenz übersetzt zu werden. Die fertigen Proteine erfüllen dann viele Funktionen, ohne die Leben nicht denkbar wäre.
Im Detail handelt es sich dabei um extrem komplexe Prozesse mit vielen Zwischenstufen, die nur ansatzweise verstanden sind. So muss z. B. die mRNA „prozessiert“ werden, damit sie aus dem Zellkern gelangen kann. Dazu werden an den Enden des mRNA-Strangs Modifikationen eingeführt und aus der Mitte des Moleküls gewisse Teile herausgeschnitten.
„Allein an diesem Herausschneiden, dem sogenannten Splicing, sind mehr als 100 Proteine und fünf andere RNA-Moleküle beteiligt“, erläutert Clemens Plaschka, Forscher am Institut für Molekulare Pathologie (IMP) am Vienna Bio Center. Plaschka leitet dort seit April des Vorjahres eine Forschergruppe, die diese Vorgänge im „Spliceosom“ (siehe Bild) mit einer Methode namens Cryo-Elektronenmikroskopie (Cryo-EM) untersucht. Mit diesem Verfahren, dessen Entwickler 2017 mit dem Chemie-Nobelpreis ausgezeichnet wurden, können einzelne Moleküle dreidimensional in atomarer Auflösung sichtbar gemacht werden. Man kann quasi zuschauen, wie biochemische Reaktionen genau ablaufen.
Zuerst wird dabei eine wässrige Lösung der Moleküle in einer dünnen Schicht auf ein extrem feines Kohlenstoffgitter aufgetragen, das dann in flüssiges Ethan getaucht wird. Bei minus 180 Grad erstarrt das Wasser zu einem „vitriosen“ Eis – die Abkühlung verläuft so schnell, dass keine Kristalle entstehen können. Die zu untersuchenden Moleküle werden dadurch in einem Zustand festgehalten, der nahezu gleich wie in einer lebenden Zelle ist. Die Proben werden im nächsten Schritt mit einem Elektronenstrahl durchleuchtet, auf dem Detektor werden 2-D-Projektionen der dreidimensionalen Moleküle registriert.