Zellbiologie Newtons Erbe

Nikolaus Rajewsky auf der Baustelle seines neuen Instituts in Berlin-Mitte.

(Foto: Hannes Jung)

Nikolaus Rajewsky ist ein Träumer. Mit seinen Ideen möchte er die Lebenswissenschaften revolutionieren. Künstliche Intelligenz und Maschinenlernen sollen ihm dabei helfen.

Von Kathrin Zinkant

Wenn es Berlin an einem nicht mangelt, dann sind das Baustellen. Die Besucher der Stadt mühen sich meist vergeblich, ein Foto ohne Kran aufzunehmen. Und selbst die, die hier wohnen, müssen sich fast täglich neue Wege suchen, um zur Arbeit zu kommen. Keine Baustelle allerdings dürfte die Mitarbeiter der Abteilung Industriepolitik des Wirtschaftsministeriums in den vergangenen Jahren so genervt haben, wie jene direkt vor ihrem Fenster, in der Hannoverschen Straße 28 im Bezirk Mitte. Im Hinterhof der einstigen "Ständigen Vertretung der Bundesrepublik Deutschland bei der DDR" entsteht seit 2015 ein neues, siebenstöckiges Gebäude. Fast drei Jahre schon behindern die zugehörigen Bauzäune und Absperrungen den Weg ins Parkhaus der Bundesbehörde. Auch Sigmar Gabriel musste das hinnehmen, als er hier noch Wirtschaftsminister war.

Der Mann, der praktisch schuld an all dem ist, steht an diesem kalten Berliner Wintertag an der Einfahrt und tippt auf seinem Handy herum. Gekommen ist Nikolaus Rajewsky mit dem Roller, er trägt Hut und Cowboystiefel, wobei die Kopfbedeckung den Physiker verrät. Der Rest ist wohl dem geschuldet, was er hier betreibt, seinem Abenteuer Zukunft. Das Gebäude ist ein wichtiger Teil davon, es wird noch in diesem Jahr das neue Berlin Institute for Medical Systems Biology, kurz BIMSB ("Bimsbi") beherbergen, einen neuartigen Hort der Interdisziplinarität. Biologie trifft Medizin, trifft Informatik - trifft Kreativität und Kultur. Rajewsky wird das Ganze leiten, entworfen hat er es ohnehin, das Geld aufgetrieben natürlich auch. Den wesentlichen, anderen Teil seines Abenteuers Zukunft will er heute erklären. Genau hier, auf der Baustelle, vielleicht deshalb, weil das Gebäude für ihn einen ersten Traum darstellt, der wahr geworden ist. Sein nächster Traum, einer, der erst noch wahr werden muss, ist ein paar Nummern größer. Das Projekt passt in kein Gebäude und kostet auch ein wenig mehr. Eine Milliarde Euro soll es kosten, finanziert durch Fördermittel der europäischen Union. Alle zwei Jahre gibt es eine solche Summe für sogenannte Flagships. Der Name von Rajewskys Flagship ist Life Time.

Er hätte Pianist werden können. Das Virtuose setzt er aber lieber in der Biomedizin um

Es soll nicht weniger einläuten als einen Paradigmenwechsel in der Medizin. Das jedenfalls erhofft sich der Forscher. Rajewsky schreitet die verschlungene Treppe hinauf, sie ist eine der vielen architektonischen Besonderheiten des neuen Gebäudes. Das BIMSB hat ein offenes Konzept, es wird keine Abteilungen geben, die unabhängig voneinander arbeiten, jeder soll mit jedem reden und wechselwirken können. Noch ist allerdings nichts fertig, überall wird gehämmert, in seinem künftigen Arbeitszimmer in der vierten Etage liegen die Leitungen offen in der Wand. "Wollen wir uns hier hinsetzen?", fragt Rajewsky und stellt zwei Plastikstühle auf den staubigen Estrich. Er ist ein großer Mann von knapp 50 Jahren, mit durchdringendem Blick und jungenhaftem Gesicht. Sein Vater Klaus gilt in Deutschland als Koryphäe der Immunologie, sein nicht ganz unumstrittener Großvater Boris, aus russischem Adel, hat im Zarenreich gedient und in Nazideutschland später die Biophysik begründet.

Nikolaus Rajewsky hätte auch Pianist werden können, neben seiner Promotion in theoretischer Physik in Köln hat er an der Essener Folkwang-Musikhochschule Klavier studiert, sich ein Solorepertoire angeeignet und die künstlerische Reifeprüfung bestanden. Das Virtuose setzt er aber lieber in der Biomedizin um, nicht ohne Referenz auf die Physik.

1 Zelle

"Single Cell" ist das Präfix vor vielen neuen Techniken in der Grundlagenforschung. In einer einzigen Zelle können sie das Genom wie auch der Vererbung übergeordnete Prozesse beleuchten. Dafür werden von der Sequenzierung des Erbguts bis zur Analyse der sogenannten RNAs mittlerweile etliche verschiedene Tricks aus- gespielt. Doch ergeben die dabei erhobenen Daten erst mithilfe der Informatik einen Sinn.

"Die wissenschaftliche Revolution, die wahrscheinlich am meisten die Welt verändert hat, war die Entdeckung der Mechanik durch Isaac Newton und Zeitgenossen." So beginnt Rajewsky sein Gleichnis, das erklären soll, worum es geht - die Revolution in den Lebenswissenschaften, ein komplett anderes Denken über das Leben an sich. Das ist in Zeiten wie diesen nicht so einfach zu vermitteln, denn passieren tut ja ohnehin sehr viel. Die Gentherapie kommt in die Klinik, Krebs wird zunehmend von einer lebensbedrohlichen zu einer chronischen Krankheit. Und es gibt Projekte wie den Human Cell Atlas, eine für sich genommen schon monströs anmutende Unternehmung, die jeden Zelltyp im menschlichen Körper kartieren will. Mit modernsten Verfahren, die es erstmalig ermöglichen, Zellen tatsächlich einzeln zu untersuchen (siehe Kästen).

"Ich habe noch nie erlebt, dass ein solcher Fortschritt in den Methoden zu einer solchen Explosion an Veröffentlichungen geführt hat", sagt Rajewsky. "Egal, welches Topjournal sie aufschlagen, fast alle aufregenden Paper haben mit den neuen Technologien zu tun." Nun wird dieses Potenzial im Verbund genutzt. Weltweit sind Hunderte Wissenschaftler aus Biologie und Informatik am Human Cell Atlas beteiligt, er soll das Verständnis menschlichen Lebens und seiner kleinsten funktionellen Einheiten massiv erweitern. Als einer von zwei Deutschen ist Rajewsky Mitglied im Organisationskomitee des internationalen Großprojekts, das ja für sich genommen schon gewaltig ist. Immerhin hat der Mensch 100 Billionen Zellen, die in Hunderten Geweben organisiert sind.

Die Idee des Flagships ist, den Blick viel weiter in die Zukunft zu werfen

Und dennoch, so allumfassend das auch klingen mag: Rajewsky reicht der Human Cell Atlas nicht. "Diese Aktivitäten haben primär zum Ziel, gesunde Zellen zu erforschen. Das ist auch sehr wichtig, aber unsere Vorstellung, die Idee des Flagships ist, den Blick viel weiter in die Zukunft zu werfen." Rajewsky will den Verlauf von Krankheiten studieren. Wie wird ein Organ krank, wie reagiert es auf eine Therapie, wie sieht es danach aus, was kann ein Arzt aus den einzelnen Zellen des Kranken lesen? Darum geht es in dem Eine-Milliarde-Euro-Projekt. Und damit kommt Rajewsky zu seinem Gleichnis und zu Newton zurück - zu dem, was die Leistung des Briten erfordert hat. "Zuerst wurden damals die Instrumente erfunden, Quadranten und Teleskope, mit denen man die Bewegungen der Planeten und die Position der Sterne genau kartieren konnte."

Die Analogie zum Teleskop besteht Rajewsky zufolge in der Kombination all jener Methoden, die gerade lebenswissenschaftliche Labors auf der ganzen Welt erobern. Es gibt zum Beispiel eine neue Art von Stammzellen, iPS-Zellen genannt. Aus diesen Zellen lassen sich Miniorgane im Labor züchten. Diese Gebilde werden Organoide genannt und besitzen meist die typische Gewebestruktur eines echten Organs. Es gibt zudem die neue Genschere Crispr-Cas, mit deren Hilfe sich das Erbgut, auch in solchen Organoiden, gezielt verändern lässt. Crispr macht es inzwischen sogar möglich, Erfahrungen der Zelle im Erbgut zu notieren - ein Gedächtnis, das von Wissenschaftlern später recht einfach gelesen werden kann. "Wir erfahren dann, was diese Zelle so alles erlebt hat", sagt Rajewsky. Und es gibt eben all die weniger bekannten, aber immens wichtigen Verfahren, die überhaupt den Blick in einzelne Zellen ermöglichen. Die Pioniere dieser Techniken leben zu einem nicht unerheblichen Teil in Europa, insbesondere Organoide aus Stammzellen werden in Labors in den Niederlanden und in Österreich auf Weltklasseniveau entwickelt.