Die Neurowissenschaftlerin Olena Kim entwickelte in Klosterneuburg eine Methode, die Einblicke ins Gedächtnis gibt: Sie bildet Gehirnzellen und Synapsen im Hippocampus ab.
Wir waren so stolz und glücklich, als es geklappt hat“, erzählt Olena Kim vom Institute of Science and Technology Austria, Ista. Davor wurde ihr gesagt, dass ihre Arbeit sinnlose Zeitvergeudung sei, weil niemand bisher geschafft hatte, solche Gehirnzellen für das Elektronenmikroskop zu präparieren. Doch ihr Ehrgeiz hat sich gelohnt, und das Team unter der Leitung von Peter Jonas konnte 2020 erstmals Hippocampus-Gewebe für die auch als Tiefkühlmikroskopie bekannte Technik namens „Kryoelektronenmikroskopie“ fixieren. Diese Kryofixierung nutzt den Schnellfrier-Effekt, der das Gewebe nicht durch scharfkantige Eiskristalle zerstört: Im Shock-Freeze-Modus wird die Gewebsprobe in Millisekundenbruchteilen auf minus 260 Grad gebracht, wobei Proteine und andere Moleküle nicht beschädigt werden. Bei Muskelzellen gelingt das bereits sehr gut, das fragile Gehirngewebe galt aber als nicht geeignet für solche Schnellfrier-Experimente.
„Das Gehirn reagiert auch sehr sensibel auf Sauerstoffmangel. Das war eine weitere Herausforderung – ebenso, dass man die Präparate nicht dünn genug schneiden konnte. Wir haben am Rande dessen gearbeitet, was physikalisch möglich ist“, erzählt Kim, die 2015 für ihre Dissertation ans Ista in Klosterneuburg kam, nachdem sie in Kiew Biophysik studiert hatte.
In der Doktorarbeit, die sie heuer im Frühling abgeschlossen hat, entwickelte Kim ein gefinkeltes Verfahren, um frische Gehirnzellen mitten in ihrer Aktivität einzufrieren und für die Mikroskopie herzurichten. Flash-and-Freeze nennt sich die Technik, die zuerst Lichtblitze aussendet, um die Zellen in den aktiven Modus zu versetzen, und sie dann sofort gefriert. Der Trick, dabei auch hohen Druck auf die Zellen auszuüben, damit die Moleküle und Zellschichten unversehrt bleiben, wurde im Fachjournal Neuron publiziert und dient heute weltweit Forschenden, um Einblick in die Tätigkeiten des Gehirns zu bekommen.
Olena Kim und ihre Kollegin Carolina Borges-Merjane fokussierten in der Grundlagenforschung auf den Bereich des Hippocampus, was so viel heißt wie Seepferdchen. „Die Form erinnert an ein Seepferdchen: Hier passiert viel für das Gedächtnis“, sagt Kim. Im Hippocampus entscheidet die Aktivität der Nerven und Synapsen, welche Inhalte gespeichert werden und welche nicht.
„Als wir erstmals die Bilder der Synapsen ,in action‘ hatten, war es unglaublich. Aber mein Mentor und Betreuer, Peter Jonas,sagt immer: Ein Experiment ist kein Experiment. Daher haben wir so lang weitergearbeitet, bis die Ergebnisse replizierbar waren“, sagt Kim. Diese Bilder, die man wie ein Daumenkino hintereinander durchsehen kann, zeigen, was die einzelnen Moleküle wann machen. „Funktion und Struktur zu kombinieren war mir immer wichtig. Ein Bild einer Synapse ist zwar wunderschön, aber wir decken auf, was genau geschieht.“ Zwei bis sechs Wochen dauert die Vorbereitung jedes Präparats, bevor man damit ins Kryoelektronenmikroskop gehen kann. Kim sucht derzeit nach einer PostDoc-Stelle an einem neuen Ort, doch in Klosterneuburg hat sie noch reichlich zu tun. Neben der Fertigstellung von Publikationen zeigt sie den neuen Doktoranden, wie man Gehirnzellen schockgefriert und die Vorgänge der Gedächtnisspeicherung sichtbar macht.
Ausflüge mit schönen Naturerlebnissen
In dem bisschen Freizeit, das der engagierten Wissenschaftlerin bleibt, geht sie gern wandern: „In Kiew kannte ich diesen Sport nicht so, aber hier habe ich mich ins Wandern verliebt. Von Wien aus mache ich Ausflüge und genieße die Naturerlebnisse.“ Als sie vor sieben Jahren nach Österreich zog, empfand sie keinen Kulturschock: „In Zeiten des Internets ist die ganze Welt so vernetzt, dass einem alles irgendwie bekannt vorkommt.“ Deutsch gelernt hat sie in Kursen und mit Filmen und Serien, die sie schon kannte und dann auf Deutsch ansah.
Seit dem 24. Februar schweben Kim jedoch große Sorgen im Kopf herum: Wie geht es den Eltern in der Ukraine? „Meine Schwester und ihren Sohn konnte ich bei mir aufnehmen. Aber die Angst ist immer da“, sagt sie.
Zur Person
Olena Kim (30) wurde in Kiew, Ukraine, geboren, studierte dort Biophysik und kam 2015 ans Ista in Klosterneuburg. In ihrer Forschung macht sie Details aus Synapsen, Nerven und Gehirnzellen in zuvor unerreichter Weise sichtbar. Ihre Methode der Kryofixierung wurde 2019 mit dem Fritz-Grasenick-Preis der Österreichischen Gesellschaft für Elektronenmikroskopie ausgezeichnet.
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("Die Presse", Print-Ausgabe, 26.11.2022)