Kaltes Licht aus der Natur Biolumineszenz

URL: http://www.uni-jena.de/Forschungsmeldungen/FM160629_Biolumineszenzpreis.pdf
Kaltes Licht aus der Natur
Biolumineszenz-Forschungen des Chemikers Stefan Schramm mit dem
"Marlene DeLuca Award" ausgezeichnet
Foto: Jan-Peter Kasper/FSU
Stefan Schramm von der Universität Jena ist für seine Forschungen zur Biolumineszenz mit dem
"Marlene DeLuca Award" ausgezeichnet worden.
Glühwürmchen sind nicht nur schön anzusehen - seit vielen Jahren sind die Leuchtkäfer für
Wissenschaftler weltweit von Interesse. Vor allem ihr Leuchtmechanismus, der kaltes Licht
erzeugt, beschäftigt die Forschung. Denn Licht bedeutet immer auch Energie. Doch gerade für die
Anwendung in der biochemisch-medizinischen Analytik ist die sogenannte Biolumineszenz - die
Erzeugung von (kaltem) Licht durch Lebewesen - von großer Bedeutung.
"Organismen, wie das Glühwürmchen oder auch die Leuchtquallen sind sehr komplex. Noch dazu
haben sie komplizierte Leuchtsysteme, die chemisch schwer zu verstehen sind", sagt Stefan
Schramm, Doktorand am Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie der
Kaltes Licht aus der Natur
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Friedrich-Schiller-Universität Jena. Ihm ist es gelungen, nach dem Vorbild der Natur, ein besonders
effizientes System zur Erzeugung von kaltem Licht zu entwickeln. Für seine Forschungsergebnisse
wurde Stefan Schramm auf dem internationalen Symposium für Biolumineszenz und
Chemilumineszenz in Tsukuba (Japan) mit dem "Marlene DeLuca Award" ausgezeichnet.
Ablauf des Leuchtens entschlüsselt
In Form eines Vortrags und eines Posters präsentierte Schramm eine neue Verbindungsklasse, die
sogenannten 2-Coumaranone, die den bislang verwendeten Systemen weit überlegen sind.
"Zunächst habe ich mir angeschaut, welche Mechanismen in den Organismen ablaufen, um Licht
zu erzeugen", sagt Schramm, der in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Rainer Beckert forscht.
"Danach habe ich eine Vielzahl von Verbindungen der 2-Coumaranone hergestellt, die ebenfalls
Licht emittieren und somit z. B. Glühwürmchen imitieren", ergänzt er. Hinzu kamen organisch
chemische, spektroskopische und schließlich auch quantenchemische Untersuchungen, um alle
wichtigen Zwischenschritte, die zur Erzeugung des Lichts notwendig sind, aufzuschlüsseln.
Unterstützt wurde er dabei auch von PD Dr. Dieter Weiß, dessen Schwerpunkt ebenfalls in der
Lumineszenz liegt.
Im Rahmen seines Promotionsprojektes hat Schramm, der von der Friedrich-Ebert-Stiftung
gefördert wird, rund 50 Verbindungen erstellt. Eine der Modellverbindungen diente ihm dann als
Ausgangspunkt für empirische und quantenchemische Studien mit dem Ergebnis, ganz genaue
Informationen über den Ablauf des Leuchtens zu erhalten. "Die 2-Coumaranone ermöglichen es,
einfache und kostengünstige chemische Modelle für unterschiedlichste Anwendungen zu
erzeugen", so der Nachwuchschemiker.
Industrieunternehmen bereits interessiert
Neben einfacher und günstiger Herstellung aus Grundchemikalien liegt der Vorteil dieser neuen
Verbindungsklasse in einer bis um das Zehnfache höheren Quantenausbeute, als bei bisherigen
Systemen. Deshalb zählen die 2-Coumaranone zu den hellsten chemilumineszenten
Verbindungen. Das heißt, dass es möglich ist, nicht nur mehr sondern auch sensitiver Licht zu
detektieren als mit jenen Systemen, die bisher in den analytischen Abteilungen medizinischer
Einrichtungen zum Einsatz kommen. Solche chemischen Reaktionen, bei denen Licht statt Wärme
frei wird, finden vor allem bei Immunassays Verwendung. Das sind Methoden zur Erkennung von
Antigenen, etwa bei Krebs- oder HIV-Erkrankungen. Mit dem System von Stefan Schramm können
bereits kleinste Spuren nachgewiesen und so Krankheiten noch früher identifiziert werden. Die
Firma Berthold Technologies, Sponsor der japanischen Konferenz, hat bereits Interesse an
Schramms Forschung signalisiert. "Wir sind zu Gesprächen eingeladen", so Beckert, der das
besondere Engagement seines Doktoranden lobt: "Stefan Schramm hat stark interdisziplinär
gearbeitet, Tage und Nächte im Labor verbracht und ist zudem auch international sehr aktiv."
Neben zahlreichen internationalen Konferenzen absolvierte er u. a. einen Forschungsaufenthalt an
der New York University Abu Dhabi. Dabei ergab sich die Möglichkeit, als Postdoc bei einem der
renommiertesten Wissenschaftler auf diesem Forschungsgebiet tätig zu werden. Die Doktorarbeit,
die es zum Ende des Sommersemesters zu verteidigen gilt, sei zudem bereits jetzt herausragend
gut.
Kennengelernt haben sich Schramm und der Professor für Organische Chemie übrigens nicht erst
mit Beginn des Chemiestudiums. Als einer der Juroren des Schülerwettbewerbs "Jugend forscht"
stieß Beckert 2009 auf den Abiturienten, der mit seinem Projekt "Lässt sich Benzol aus
Naturstoffen darstellen?" den zweiten Platz erreichte und sich schon damals mit dem Thema "Von
der Natur lernen" auseinandersetzte. Dafür hatte Schramm sogar seit seinem 14. Lebensjahr ein
Biolumineszenz-Forschungen des Chemikers Stefan Schramm mit dem"Marlene DeLuca Award" ausgezeichnet
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kleines heimisches Labor. "Es freut uns immer wieder, wenn solche naturwissenschaftlich
interessierten Schülerinnen und Schüler zu uns an die Universität kommen. Noch mehr freut es
mich aber, dass Stefan Schramm seine Zukunft auch weiterhin in der universitären Lehre sieht.
Dafür ist er bestens geeignet", betont Beckert. Und bei all dem Engagement ist es deshalb auch
nicht verwunderlich, dass die 1.500 US-Dollar, die mit dem "Marlene DeLuca Award" verbunden
sind, wieder in Schramms Forschung fließen.
Hintergrund:
Der "Marlene DeLuca Award" wird zu Ehren von Marlene DeLuca vergeben, die Pionierleistungen
in der Biolumineszenz- und Chemilumineszenzforschung vollbracht hat. Einer ihrer Beiträge war
die erste Klonierung des Glühwürmchen-Luziferase-Gens. Berthold Technologies vergibt diesen
Preis traditionell während der Konferenz der International Society for Bioluminescence and
Chemiluminescence (ISBC), die alle zwei Jahre stattfindet.
Kontakt:
Prof. Dr. Rainer Beckert, Stefan Schramm
Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie der Universität Jena
Humboldtstraße 10, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 948230
E-Mail: [email protected]; [email protected]
Biolumineszenz-Forschungen des Chemikers Stefan Schramm mit dem"Marlene DeLuca Award" ausgezeichnet
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