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Wo bitte geht’s denn hier zum Ei?

Was macht eigentlich ein Forschungszentrum wie caesar? Dieser Frage gingen am Montag, den 16. November 2015 20 ausgewählte Schülerinnen und Schüler der Leistungskurse Biologie der Q1 im Rahmen der Cusanus-Woche nach.

Schülerinnen und Schüler der Jahrgangsstufe Q1 besuchen das Forschungsinstitut caesar.Im Institut angekommen, nahm Stefan Hartmann aus der Abteilung Presse- und Öffentlichkeitsarbeit die Gruppe in Empfang. In einem Seminarraum stellte er den Schülerinnen und Schülern die Struktur des Forschungszentrums und die Forschungsgruppen im Hause vor.

Die Bandbreite an Forschungsgruppen ist groß: von Alzheimerforschung über molekulare Neurosensorik, Biophysik und Zellbiologie bis hin zu theoretisch arbeitenden Gruppen, die am Computer Simulationen zu bestimmten Fragestellung berechnen und sie später in vivo testen.

Das klingt abstrakt! Daher erläuterterte Stefan Hartmann ein Forschungsprojekt im Detail. Die Unfruchtbarkeit bei den Männern der westlichen Welt wächst. Daher stellt sich die Frage, welche Faktoren bewirken die Zunahme der Unfruchtbarkeit? Sind es genetische Faktoren oder eher Umweltfaktoren? Um der Sache auf den Grund gehen zu können, bedarf es erst mal der Grundlagenforschung, d.h. man muss erst mal das generelle System verstehen. Dazu benötigt man einen Modellorganismus, an dem man die Grundlagen gut studieren kann. In diesem Fall hat man den Seeigel (Arbacia punctulata) gewählt. Einen Seeigel? Der ist doch nun weit vom Menschen entfernt. Das stimmt, aber der Seeigel kommt der Forschung sehr entgegen. Er lebt im Meerwasser. Diesen Lebensraum kann man gut im Labor nachbilden. Die Befruchtung findet außerhalb des Körpers statt, daher produzieren Seeigel eine sehr große Menge Spermien, die ins Wasser entlassen werden. Nur wie findet das Spermium die Eizelle, die es befruchten soll? Dazu schwimmen die Seeigelspermien anders als menschliche Spermien im Kreis. Die weibliche Eizelle sendet Lockstoffe aus. Trifft ein Spermium auf einen Lockstoff, dann ändert es direkt seine Bahn und folgt dem Lockstoffgradienten zur Eizelle hin. Die Reaktion auf eine Chemikalie nennt man auch Chemotaxis.

Und beim Menschen? Hier gestaltet sich die Forschung etwas schwieriger. Das Innere eines weiblichen Eileiters kann man im Labor nur sehr schwer nachstellen. Hinzu kommt, dass die meisten 200 bis 300 Millionen Spermien es erst gar nicht bis zum Eileiter schaffen. Aber wie finden die 100 übrigen Spermien nun zu Eizelle? Stefan Hartmann vergleicht die Situation eines solchen Spermiums mit einem Motorradfahrer auf einer vierspurigen, matschbeladenen Autobahn ohne Licht, der nach einem Tennisball Ausschau hält. Klingt nicht gerade erfolgsversprechend. Dagegen zeigt das menschliche Bevölkerungswachstum, dass es durchaus möglich sein muss. Aber wie? Auch der menschliche Organismus arbeitet mit Chemotaxis. Progesteron heißt der Stoff, der die Schlagfrequenz der Spermien im Eileiter aktiviert und zur Eizelle hin lotst. Progesteron ist sozusagen die Navigationshilfe und der Turbo zugleich. Filmaufnahmen zeigen, wie Spermien durch Zugabe von Progesteron ihre Schlagfrequenz deutlich erhöhen.

Einführung in einen aktuellen Forschungsschwerpunkt.Die Wirkung von Progesteron beruht auf der Interaktion mit einem Calcium-Kanal (cat-sper-Canal lässt Ca2+-Ionen in das Spermium). Leider haben noch weitere Stoffe die Fähigkeit diese Kanäle am Spermium zu öffnen. Man nennt sie endocrine desrupting chemicals, kurz EDCs. Sie imitieren die Funktion dieses Hormons. Diese Stoffe findet man in Zahnpasten, Weichmachern in Kunststoffen, in Sonnencremes usw. Durch ihre zusätzliche Wirkung werden Spermien weniger empfindlich für Progesteron. Auch wenn man beginnt, diese Stoffe zu reduzieren bzw. zu ersetzen, so sind sie mittlerweile im Stoffkreislauf weitverbreitet und ihre Wirkung ist additiv, will heißen, die Konzentrationen aus Zahnpasta, Weichmacher, Sonnencreme addieren sich. Die Forschung dazu hat weit über zehn Jahre gedauert. Sie stellte ein Hightlight der Caesarforschung mit Veröffentlichungen in Nature dar.

Im Anschluss an die theoretische Einführung durfte die Gruppe dann die SI-Labore des Forschungsinstituts besuchen. Wenn man gerne im Labor arbeitet, sollte man nicht studieren, sondern eine Ausbildung als Laborant und biologisch-technischer Assistent machen, rät Stefan Hartmann. Die Wissenschaftler arbeiten hauptsächlich nur noch vom Schreibtisch aus und entwerfen dort Experimente, die in den Laboren durchgeführt werden.

Das Highlight der Führung sind die Elektronenmikroskope des Forschungszentrums. Es verfügt sowohl über Transmissionselektronen- wie Rasterelektronenmikroskope. Die einfachste Ausführung kostet ca. eine Millionen Euro, die speziellen und teilweise weltweit einzigartigen fünf Millionen Euro. Damit sie ohne Störung durch Bewegungen und Vibrationen arbeiten können, stehen sie auf einem doppelten Boden und in einem Gebäude unter der Erde, das komplett vom restlichen Komplex entkoppelt ist.

Beeindruckt verließen die 20 Jugendlichen das Institut. Die Führung hat dem einen oder anderen vielleicht auch eine Idee für die eigene berufliche Zukunft und Motivation für die letzten zwei Schuljahre gegeben.

Text und Fotos: S. Kunze

   

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