Einzelnen Molekülen auf der Spur

Professor Michael Börsch leitet die interdisziplinäre Arbeitsgruppe Mikroskopie-Methodik an der Medizinischen Fakultät. Der Physikochemiker entwickelt optische und spektroskopische Methoden zur Visualisierung der Dynamik einzelner Biomoleküle in der Zelle.

Es ist der Traum der Lebenswissenschaftler: In die lebende Zelle hineinschauen; sehen, wie sich das einzelne Proteinmolekül darin bewegt und seinen Weg verfolgen. Beobachten, wie Enzyme das Molekül umbauen oder zerlegen. Noch ist den Biologen und Medizinern dieser unmittelbare Zugang zu den elementaren Lebensprozessen verwehrt, aber vereinzelt gelingt schon der Blick aufs Molekül in Aktion.

Für das ATP-Synthase genannte Enzym zum Beispiel, das den für alle Stoffwechselprozesse zentralen Energieträger ATP immer wieder auflädt wie ein Ladegerät den Akku. „Durch schaltbare Fluoreszenzfarbstoffe und extrem empfindliche und schnelle Fotosensoren können wir die Aktivität des Enzyms lichtmikroskopisch sichtbar machen und im Zeitverlauf als Film erfassen“, so Michael Börsch. „Daraus lässt sich die Lokalisierung einzelner Enzymproteine auf 20 nm genau berechnen und als Bild darstellen“, ergänzt der 47-jährige Physikochemiker, der seit Mai die Professur für Mikroskopie-Methodik am Universitätsklinikum Jena innehat. Für seine interdisziplinäre Arbeitsgruppe bevorzugt er den programmatischen Namen „Single-Molecule Microscopy Group“.

Nach seinem Chemiestudium in Freiburg arbeitete Michael Börsch in seiner Promotion und als Post-Doc auf dem Gebiet der Fluoreszenz-Spektroskopie in Mitochondrien und mit der ATP-Synthase. Dann wechselte er an die Uni Stuttgart und baute am 3. Physikalischen Institut eine eigene Arbeitsgruppe auf, die zur Einzelmoleküldetektion forscht. „Unser Schwerpunkt lag hier auf dem Förster-Resonanzenergietransfer, mit Hilfe dessen sich die beiden Rotationsmotoren innerhalb einer einzelnen ATP-Synthase sowie die Interaktion einzelner Moleküle untersuchen lassen.“ Da einzelne Projekte noch nicht abgeschlossen sind, wird der dreifache Familienvater zunächst zwischen Jena und Stuttgart pendeln.

Mit seiner neuen Jenaer Arbeitsgruppe wird Michael Börsch Projekte umsetzen, die die Wissenschaftler der Vision von der direkten Beobachtung und der Manipulation einzelner molekularen Maschinen in der lebenden Zelle ein Stück näher bringen. Methoden der Einzelmolekül-Analyse bilden daher auch die Schwerpunkte seiner interfakultären Lehrveranstaltungen. „Jena bietet ein höchst interessantes und attraktives wissenschaftliches Umfeld“, betont Professor Börsch. Wichtige Partner sieht er in den Biophysikern, Elektrophysiologen und Physikochemikern an der Universität, in den Mitgliedern des Zentrums für Medizinische Optik und Photonik und auch in den forschenden Optik-Unternehmen der Region.