Der Entschlüsseler Patrick Cramer

Was treibt Forscher an? Woran arbeiten sie? Was fasziniert sie an ihrem Fachgebiet? Solche Fragen bekommen Wissenschaftler öfter gestellt. Als die bekannte Fotografin Herlinde Koelbl den Göttinger Molekularbiologen Professor Patrick Cramer für eine Porträtserie darum bat, sich die Essenz seiner Forschung auf die eigene Hand zu zeichnen, musste er eine Weile überlegen. Wie kann man eine jahrzehntelange und vielfach preisgekrönte Forschungsarbeit, aus der jede Menge Publikationen hervorgegangen sind, auf einen Punkt bringen? Der Max-Planck-Wissenschaftler fand auch für dieses Problem eine Lösung: ,Pol II & friends‘ schrieb er auf die Innenfläche seiner linken Hand.

Das entscheidende Pol II  

Cramer ist einer von 60 Forschenden, die Herlinde Koelbl für ihren Bildband ,Faszination Wissenschaft‘ porträtiert hat. Auch Nobelpreisträger Stefan Hell ist darin vertreten. Die Fotos waren 2020 beim Göttinger Literaturherbst in einer Ausstellung in der Paulinerkirche zu sehen. Cramer ist von ihren Bildern tief beeindruckt. Koelbl schaffe es, etwas vom Inneren der fotografierten Person zu transportieren, sagt er. „Sie sucht nach dem Kern der Dinge.“ Auch Patrick Cramer sucht nach dem Kern der Dinge: Der 53-jährige Forscher will Verborgenes sichtbar machen, will Strukturen, Mechanismen und Prozesse entschlüsseln, die für unser Leben elementar sind. Dabei spielt ein Enzym eine zentrale Rolle: Die RNA-Polymerase II, abgekürzt ,Pol II‘, ist eine hochkomplexe biologische Kopiermaschine, die einen Schlüsselprozess des Lebens steuert. Pol II sorgt dafür, dass unsere Gene „zum Sprechen gebracht“ werden, indem sie die in unseren Genen festgelegten Informationen kopiert. Diese Arbeitskopie, die sogenannte Boten-RNA, dient dann als Bauanleitung für die Produktion von Proteinen, die im Gewebe des Körpers unterschiedlichste Aufgaben erfüllen.

Cramer hat sich viele Jahre mit Pol II und deren Zusammenspiel mit anderen Proteinen – den ,friends‘ –beschäftigt. Ein großer Forschungserfolg gelang ihm, als er zwischen 1999 und 2001 als Postdoktorand im Labor des US-amerikanischen Biochemikers Roger D. Kornberg im kalifornischen Stanford arbeitete. Kornberg erhielt 2006 den Nobelpreis für Chemie für seine Forschungsergebnisse zur Gentranskription. Cramer hatte hierzu einen wichtigen Beitrag geleistet: Als weltweit erstem Wissenschaftler war es ihm gelungen, die dreidimensionale Struktur der Polymerase II aufzuklären. In der Folge konnte der Transkriptionsmechanismus entschlüsselt werden.

Inzwischen wird immer deutlicher, wie relevant die Ergebnisse solcher Grundlagenforschung für die Medizin sind: Kurz nach Ausbruch der Corona-Pandemie in Europa filmte Cramers Team, wie das Virus sein Erbgut verdoppelt und welche dreidimensionale Struktur die Polymerase des Erregers während des Kopierens einnimmt. Später fanden die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen heraus, warum das Medikament Remdesivir nur begrenzt gegen das Coronavirus wirksam ist, während Molnupiravir mehr Potenzial besitzt. Inzwischen arbeiten sie an der Entwicklung von ganz neuen Wirkstoffen. In Kooperation mit dem Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie in Dortmund durchforsten sie mithilfe eines Roboters eine riesige molekularbiologische ,Bibliothek‘. Das Screening soll klären, welche dieser vielen Hunderttausend Substanzen in der Lage sein könnte, den Prozess der Virusvermehrung im Erbgut zu blockieren. Ist ein solcher Kandidat gefunden, wollen sie gemeinsam mit Partnern versuchen, besser wirkende Medikamente gegen Coronaviren zu entwickeln.

Verborgenes wird sichtbar Patrick Cramer entschlüsselt mit seiner Forschung die hochkomplexen Strukturen, Mechanismen und Prozesse unserer Gene, die für unser Leben elementar sind.

Mit Forschung zum Erfolg

Die entscheidenden Impulse für seine Forschungen bekam Cramer bei verschiedenen Studien- und Forschungsaufenthalten im Ausland. Während seines Chemiestudiums in Stuttgart und Heidelberg hatte er zunächst kaum etwas mit Struktur- und Molekularbiologie zu tun gehabt. Dies änderte sich, als er Anfang der 1990er-Jahre als Erasmus-Stipendiat an die Universität Bristol in England kam. „Dort habe ich erstmals dreidimensionale Molekülstrukturen gesehen“, erzählt Cramer schwärmend. Später lernte er in Cambridge einige der Gründerväter der Molekularbiologie kennen, darunter den Chemie-Nobelpreisträger Max Perutz, der mithilfe der Röntgenkristallografie erstmals die dreidimensionale Struktur eines Proteins aufgeklärt hatte.

Cramer war von der Komplexität und Schönheit molekularer Strukturen so fasziniert, dass er sich dazu entschloss, zu promovieren. Eigentlich wollte er am Hauptsitz des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie (EMBL) in Heidelberg forschen, weil seine damalige Freundin – und heutige Ehefrau – zu der Zeit in Kassel studierte. Stattdessen bekam er eine Stelle am französischen EMBL-Standort in Grenoble. Dies entpuppte sich indes als Glücksfall: Kurz zuvor war dort das europaweit stärkste Elektronensynchrotron in Betrieb gegangen, und Cramer konnte an dem Teilchenbeschleuniger das Geheimnis der Gentranskription erforschen. „Dort habe ich die Röntgenkristallografie im Detail gelernt“, erzählt er. Ausgerüstet mit diesem umfangreichen methodischen Rüstzeug zog er nach seiner Promotion 1998 gemeinsam mit seiner Frau und der in Grenoble geborenen Tochter in die USA, um an der Elite-Uni Stanford im Labor von Roger D. Kornberg zu arbeiten. Zwei Jahre später hatte das Forscherteam eines der großen Rätsel der Molekularbiologie gelöst. „Die Wissenschaftler in Kalifornien waren führend auf dem Gebiet der Biochemie, und ich hatte aus Grenoble das neueste strukturbiologische Wissen und die neueste kristallografische Technik mitgebracht. Diese Kombination brachte den Erfolg“, sagt Cramer.

Als Erstautor der viel beachteten Arbeit standen ihm nun viele Wege offen. Cramer schlug eine Einladung der renommierten Yale University aus, weil ihm die Ludwig-Maximilian-Universität (LMU) in München ein attraktives Angebot machte. Bis dahin hatte er Deutschland wegen des damals noch starren Wissenschaftssystems gar nicht in Betracht gezogen. „Ich wollte unabhängig forschen und eine eigene Gruppe aufbauen.“ Die LMU bot ihm eine damals neuartige Tenure-Track-Professur an, eine ,Professur auf Bewährung‘: Hat man innerhalb einer festgelegten Frist entsprechende wissenschaftliche Leistungen erbracht, bekommt man auch ohne Habilitation eine Professur auf Lebenszeit. 2001 verließ die inzwischen vierköpfige Familie – ein Sohn war noch hinzugekommen – die USA und zog nach Deutschland. „Meine Frau und ich dachten auch, dass man hier gut die Kinder großziehen und leben kann“, sagt Cramer. Danach ging es weiter steil bergauf: 2004 wurde seine Tenure-Track-Stelle in eine Professur für Biochemie umgewandelt, im gleichen Jahr wurde er Direktor des Genzentrums München, 2010 Leiter des Departments Biochemie an der LMU München. Vier Jahre später dann der nächste Umzug: Das Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen berief Cramer 2014 als Direktor. Cramer hat den Wechsel nach Göttingen nie bereut – im Gegenteil: „Für Grundlagenforscher ist die Max-Planck-Gesellschaft das Nonplusultra“, sagt der 53-Jährige. „Hinzu kommt, dass unser Institut in Göttingen eine tolle unterstützende Infrastruktur hat – hier kann man wirklich unter großartigen Bedingungen forschen. Unsere Gruppe hat sich dann auch sehr schnell entwickelt und viele interessante Ergebnisse erzielt – das hätte ich in dem Tempo sonst nicht geschafft.“ Besonders freut ihn, dass sein Labor auch eine Talentschmiede für wissenschaftliche Karrieren ist: „Inzwischen haben 15 frühere Angehörige unseres Labors anderswo eigene Forschungsgruppen aufgebaut.“

Neue Ansätze 

Inzwischen ist er vor allem damit beschäftigt, Forschungsstrategien zu entwickeln: „Welche Ansätze verfolgen wir, damit wir in fünf Jahren immer noch zur Weltspitze gehören? Welche Methoden brauchen wir dafür? Welche Geräte?“ Weil neue Fragen auch neue Lösungswege nötig machen, hat Cramers Team das Methodenspektrum ständig erweitert. Manche Methoden habe man komplett aufgegeben, so Cramer. Darunter auch jene, die damals den Durchbruch in Stanford ermöglichte: „Die Röntgenkristallografie war lange Zeit die bestimmende Methode für unsere Arbeitsgruppe, inzwischen sind wir auf die Elektronenmikroskopie umgestiegen.“ Nicht nur die Methoden werden immer vielfältiger, auch die Forschergruppe selbst ist sehr divers zusammengesetzt. Zu ihr gehören nicht nur Chemiker und Biologen, sondern auch Mathematiker, Statistiker und Mediziner. „Erst diese Kombination an Expertise ermöglicht es uns, Dinge zu tun, die für andere Gruppen schwer machbar sind.“

Für Cramer ist Interdisziplinarität eine Grundvoraussetzung, um erfolgreich Forschung betreiben zu können. Auch deshalb war er gern bereit, Anfang des Jahres erster geschäftsführender Direktor des neu gebildeten Max-Planck-Instituts für interdisziplinäre Naturwissenschaften in Göttingen zu werden. Der Zusammenschluss der bisherigen Institute für biophysikalische Chemie und für experimentelle Medizin biete große Chancen. „Zum ersten Mal sind in einem Max-Planck-Institut Natur- und Medizinwissenschaften unter einem Dach vereint“, so der Wissenschaftler. Damit werde es auch möglich, Ergebnisse aus der Grundlagenforschung schneller in die Anwendung zu bringen.

Bliebe zum Schluss noch eine Frage: Was ist eigentlich die zutreffende Berufsbezeichnung für den vielseitigen Wissenschaftler? „Ich bin Chemiker, der physikalische Methoden anwendet, um biologische Probleme so zu adressieren, dass man neue Ansätze für die Medizin finden kann.“ Gut, dass Herlinde Koelbl anders gefragt hat – diese Antwort hätte wohl kaum auf eine Handfläche gepasst. ƒ

Foto: Alciro Theodoro da Silva