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Wissenschatliche Projekte Mehr als 46 Millionen Euro für revolutionäre Kryo-Elektronenmikroskope und Forschungsneubau HARBOR der Universität Hamburg

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Mehr als 46 Millionen Euro für revolutionäre Kryo-Elektronenmikroskope und Forschungsneubau HARBOR der Universität Hamburg

Gleich zwei wichtige Projekte für den Wissenschaftsstandort sind heute vorangekommen: Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat für die Anschaffung von High-Tech-Mikroskopen zur infektionsbiologischen Forschung 15,6 Millionen Euro bewilligt. Außerdem hat der Senat heute beschlossen, in diesem Jahr mit dem Bau des rund 31 Millionen Euro teuren HARBOR-Forschungsgebäudes zu beginnen. Damit werden entscheidende Schritte für den Ausbau des Spitzen-Forschungscampus in Hamburg Bahrenfeld gemacht. Hamburgs Wissenschaftspolitik verfolgt so konsequent die Strategie, die Hansestadt zum Top-Innovationsstandort zu machen. Die naturwissenschaftliche und medizinische Grundlagenforschung wird mit diesen Investitionen wesentlich gestärkt. Sie ist Voraussetzung und Schlüssel zugleich, um mehr Erkenntnisgewinn, Patente, Unternehmen und Arbeitsplätze in Zukunftsbranchen zu schaffen. 

Mit den sogenannten Kryo-Elektronenmikroskopen lassen sich auf molekularer Ebene kleinste biologische Strukturen dreidimensional abbilden. Damit ist es möglich, die Entstehung und Verläufe von Krankheiten besser zu verstehen. Die Kosten für die High-Tech-Geräte werden zur einen Hälfte vom Land Hamburg mit 7,8 Millionen Euro getragen und zur anderen Hälfte von der DFG. Zum anderen hat der Senat heute den Bau des Forschungsgebäudes HARBOR (Hamburg Advanced Research Centre for Bioorganic Chemistry) beschlossen. Mit dem geplanten Forschungsbau soll an der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften der Universität Hamburg die Infrastruktur für Experimente mit ultrakurzer Zeitauflösung an molekularbiologischen Systemen geschaffen werden.

Katharina Fegebank, Senatorin für Wissenschaft, Forschung und Gleichstellung: „Die Investitionen in die bahnbrechende Kryo-Elektronenmikroskopie am Standort Hamburg sind von nationaler Bedeutung. Infektionsforscherinnen und Infektionsforscher aus dem ganzen Bundesgebiet werden zum Campus Bahrenfeld kommen, um hier einerseits die Mikroskope zu nutzen und anderseits ihre Forschung an den ultrahellen Lichtquellen des DESY voranzutreiben. Der Beschluss des Senats für den Bau einer weiteren Spitzeneinrichtung wie dem HARBOR auf dem Campus zeigt, dass wir konsequent unsere Strategie verfolgen, den Forschungscampus als internationales Leuchtturmprojekt voranzutreiben. Von besonderer Bedeutung sind neben den baulichen und technischen Voraussetzungen die Wissenschaftler, die dieses Projekt mit ihrer außerordentlichen Expertise und ihrer Leidenschaft ermöglicht haben: Wir freuen uns ganz besonders, dass Prof. Dr. Kay Grünewald, der bisher viel in Oxford geforscht hat, und Prof. Dr. Marlovits, der aus Wien zu uns gekommen ist, nun ihre ganze Expertise in Hamburg einbringen werden.“

Molekulares Leben beobachten – dank Kryo-Mikroskopen

Mit den High-Tech-Mikroskopen lassen sich auf molekularer Ebene kleinste biologische Strukturen dreidimensional abbilden. Mit Hilfe der fünf Kryo-Elektronenmikroskope wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die komplexen molekularen Strukturen und Funktionsweisen von Erregern und ihre Wechselwirkungen mit Wirtzell-Komponenten wie Proteinen und Membranen untersuchen. Die so gewonnenen Einsichten bilden die Grundlage zur Identifizierung kritischer Schritte im Infektionsverlauf und zur Entwicklung neuer Strategien der Intervention.

Neben der Universität Hamburg (UHH) als federführende Antragstellerin und dem Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE) als weiterem Hauptnutzer der Facility sind sieben weitere akademische Forschungspartner am Centre für Structural Systems Biology (CSSB), einem interdisziplinären Zentrum auf dem Forschungscampus Hamburg-Bahrenfeld, beteiligt. Diese, in der Regel über gemeinsame Berufungen beteiligten Partner, sind das Heinrich-Pette-Institut, Leibniz-Institut für Experimentelle Virologie (HPI), das Deutsche Elektronen-Synchrotron (DESY), das Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin (BNITM), das Europäische Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL), das Forschungszentrum Jülich (FZJ), die Medizinische Hochschule Hannover (MHH) sowie das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI).

Die Forschungsgruppen im CSSB-Neubau, mit seinem speziell für die Anforderungen der Kryo-Elektronenmikroskopie-Facility designtem Bereich, erforschen dabei Krankheitserreger aus allen drei Organismengruppen: Viren, Bakterien und eukaryotische Parasiten.

Hamburgs Senatorin für Wissenschaft, Forschung und Gleichstellung, Katharina Fegebank: „Ich gratuliere der Universität Hamburg und den beteiligten außeruniversitären Forschungseinrichtungen sehr herzlich zur Einwerbung der DFG-Mittel. Die Kryo-Elektronenmikroskop-Anlage passt perfekt zur bereits bestehenden herausragenden Infrastruktur. Sie ist ein weiterer wichtiger Baustein für den Ausbau des Forschungscampus Bahrenfeld zu einem internationalen Wissenschaftspark.“

Der Präsident der Universität Hamburg, Univ.-Prof. Dr. Dieter Lenzen führt aus: „Wir freuen uns sehr über die Bewilligung der High-Tech-Mikroskope. Spitzenforschung ist auf Spitzentechnik angewiesen- dass die Universität Hamburg die Kryo-Elektromikroskopie-Facility als Hauptnutzer im Rahmen des CSSB einsetzen kann, ist ein schöner Erfolg für die infektionsbiologische Forschung an unserer Hochschule und natürlich auch für unsere Partner.“

Prof. Dr. Matthias Wilmanns, wissenschaftlicher Direktor des CSSB, betont: „Die Einrichtung der modernsten Forschungsinfrastruktur im Bereich der Kryo-Elektronenmikroskopie ist ein Schlüsselelement des Forschungsgesamtkonzepts des CSSB. Diese Anlage stellt unseren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern die Technologie zur Verfügung, mit der sie unser Verständnis über die Wirt-Erreger-Beziehungen erweitern und sich einigen der anspruchsvollsten wissenschaftlichen Herausforderungen in der Infektionsbiologie stellen können.“

Die neuen Großgeräte ermöglichen es den Forscherinnen und Forschern, drängende Fragen zur Funktionsweise von Molekülkomplexen zu beantworten. Besonders deren dynamische Interaktionen stehen im Mittelpunkt eines integrativen Forschungsansatzes, der den Bereich von atomar aufgelösten Strukturen von Proteinkomplexen, subzellulärer und zellulärer Information bis zum ganzen Organismus abdeckt. Dazu werden die Moleküle entweder isoliert untersucht oder als Teil des Krankheitserregers, also Virus, Bakterium oder Parasit sowie deren Interaktion mit Wirtszellen.

In der sogenannten Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) werden die Proben zuerst sehr schnell eingefroren und dann elektronenmikroskopisch untersucht: „Der Vorteil ist, dass durch das sehr schnelle Einfrieren die Molekülstruktur bis zum atomaren Bereich in ihrer natürlichen Form erhalten bleibt und somit strukturell unverändert studiert werden kann“, erläutert Antragsteller Prof. Dr. Kay Grünewald vom Institut für Biochemie und Molekularbiologie der Universität Hamburg und dem HPI. „In den vergangenen Jahren hat sich die Kryo-EM aufgrund von technischen Verbesserungen, vor allem im Bereich neuartiger Detektoren, zu einer wesentlichen Methode in der strukturbiologischen Forschung entwickelt. Co-Antragsteller Prof. Dr. Thomas C. Marlovits, Leiter des Instituts für Struktur- und Systembiologie im UKE, ergänzt: „Es handelt sich dabei um eines der revolutionärsten mikroskopischen Verfahren in der Wissenschaft, die es uns nun ermöglicht, ,molekulares Leben‘ sprichwörtlich zu beobachten.  Dies ist notwendig, um die Grundlagen von einer Vielzahl von Krankheitsverläufen zu ergründen und zu verstehen.“

Mit der Rekrutierung der beiden Wissenschaftler und Ihrer Arbeitsgruppen aus Oxford bzw. Wien verfügt Hamburg über herausragende Expertise in den beiden Hauptanwendungen der Kryo-Elektronenmikroskopie: Elektronen-Tomographie und Einzelpartikelanalyse sowie deren technische Weiterentwicklung entlang biologischer Fragestellungen. Die Kryo-Elektronenmikroskope werden im Rahmen des DFG-Großgeräteprogramms gefördert. Die Vorhaben für die Hochschulforschung müssen sich durch herausragende wissenschaftliche Qualität und nationale Bedeutung auszeichnen.

HARBOR (Hamburg Advanced Research Centre for Bioorganic Chemistry)

Mit dem geplanten Forschungsbau soll an der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften der Universität Hamburg die Infrastruktur für Experimente mit ultrakurzer Zeitauflösung an molekularbiologischen Systemen geschaffen werden. Ziel ist es, Methoden zur gezielten Auslösung und Kontrolle von Prozessen in Einzelmolekülen mithilfe von Licht zu entwickeln, um diese Prozesse sichtbar zu machen und zu untersuchen. Die Gesamtprojektkosten belaufen sich auf rund 31 Millionen Euro, davon übernimmt der Bund 13,75 Mio. für das Gebäude und zusätzliche 2,6 Mio. Euro für Großgeräte. Die Realisierung und Finanzierung des Neubaus mit 2.750 qm Nutzfläche soll im Mieter-Vermieter-Modell erfolgen. Der Baubeginn ist für Ende 2017 geplant. Das HARBOR soll Mitte 2020 der Universität als Nutzerin übergeben werden.

Katharina Fegebank, Senatorin für Wissenschaft, Forschung und Gleichstellung: „Ich freue mich, dass der Ausbau des Forschungscampus Bahrenfeld weiter voran geht. In Kürze feiern wir die Einweihung von zwei bedeutenden Forschungsbauten in Bahrenfeld, dem CSSB und dem CHYN. Nun geht es in diesem Jahr auch mit dem Bau des HABOR los. Dank HARBOR können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in Zukunft nicht nur Filmaufnahmen von molekularen Prozessen in der Physik und der Chemie zeigen, sondern auch in der Biologie. Dadurch erfahren wir beispielsweise mehr über die Mechanismen in menschlichen Zellen. Das ist ein wichtiger Schritt, um Entstehung und Verlauf von Krankheiten noch besser zu verstehen und wird auch den Forschungsstandort Hamburg weiter stärken.“

Das HARBOR-Vorhaben entwickelte sich aus dem Exzellenzcluster „The Hamburg Centre for Ultrafast Imaging“ (CUI) und schließt direkt an die dortige Forschung zur atomar aufgelösten Strukturdynamik an. Dabei soll es vor allem um zwei zentrale Themen der aktuellen Forschung gehen: Zum einen um den Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit und Bewegung von Enzymreaktionen und zum anderen um die Transportmechanismen in Membranen und deren Einfluss auf Prozesse in einer Zelle. Ziel ist es, von diesen Prozessen dynamische Gesamtbilder in verschiedenen Größenordnungen zu erstellen.

Der Forschungsbau wird auf dem Campus Bahrenfeld entstehen. In ihm sollen neun Arbeitsgruppen mit ca. 130 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern tätig sein, darunter 118 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in vier Abteilungen (Spektroskopie/Imaging, Strukturmolekularbiologie, Synthetische Chemie und Theorie).

Rückfragen der Medien 

Behörde für Wissenschaft, Forschung und Gleichstellung
Julia Offen, Pressesprecherin
Telefon: (040) 428632322
E-Mail: julia.offen@bwfg.hamburg.de

Universität Hamburg

Merel Neuheuser, Pressereferentin des Präsidenten
Telefon: (040) 428381809
E-Mail: Merel.Neuheuser@uni-hamburg.de

Rückfragen zum Thema Kryo-Mikroskope

Universität Hamburg
Prof. Dr. Kay Grünewald
Institut für Biochemie und Molekularbiologie
Lehrstuhl „Strukturbiologie der Viren“
E-Mail: kay.gruenewald@uni-hamburg.de
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Uwe Groenewold
Unternehmenskommunikation
Telefon: (040) 741056062
E-Mail: u.groenewold@uke.de