Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie

Aufgabe und Bedeutung des Instituts

Das Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie (Karl-Friedrich-Bonhoeffer-Institut) war eine außeruniversitäre Forschungseinrichtung der Max-Planck-Gesellschaft mit Sitz in Göttingen. Es betrieb Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften und verband als einziges Max-Planck-Institut die drei klassischen Disziplinen Biologie, Physik und Chemie. Das Institut bestand von 1971 bis 2021 und ging am 1. Januar 2022 durch die Fusion mit dem Max-Planck-Institut für experimentelle Medizin im Max-Planck-Institut für Multidisziplinäre Naturwissenschaften auf. Mitte 2019 arbeiteten dort 700 Beschäftigte. Die Grundfinanzierung stammte zu 50 % vom Bund und zu 50 % von den Ländern.

Bei seiner Gründung war das Institut zunächst physikalisch-chemisch ausgerichtet. Später kamen neurobiologische, biochemische und molekularbiologische Forschungsgebiete hinzu. Im Mittelpunkt standen grundlegende Mechanismen von Lebensprozessen: die Übersetzung genetischer Information in Proteine, die Kommunikation von Nervenzellen, Energieübertragung auf Molekülebene, die Steuerung der zellulären Logistik, die Schädigung von Zellen durch Proteinaggregate sowie die Reifung von Eizellen und die Regeneration verlorenen Gewebes.

Für diese Forschung nutzte das Institut unter anderem ultrahochauflösende Mikroskopie, Nanotechnologie, Kernspintomografie, Kernspinresonanz-Spektroskopie, Massenspektrometrie, optische Spektrometrie und atomistische Computersimulationen. Zugleich entwickelte es neue Mess- und Analysemethoden.

Entstehung und Entwicklung

Das Institut entstand 1971 auf Initiative des Nobelpreisträgers Manfred Eigen. Durch die Zusammenlegung mit dem Göttinger Max-Planck-Institut für Spektroskopie entstand eines der größten Institute der Max-Planck-Gesellschaft. Der Gebäudekomplex wurde von Walter Henn entworfen; der Zweitname erinnert an Karl-Friedrich Bonhoeffer.

Obwohl das Institut ausschließlich Grundlagenforschung betrieb, gingen aus seiner Arbeit erfolgreiche Unternehmensgründungen wie Lambda Physik, DeveloGen, Evotec und Abberior hervor. Über Patente waren Mitarbeiter, Institut und Max-Planck-Gesellschaft auch an der wirtschaftlichen Nutzung von Forschungsergebnissen beteiligt.

Die wissenschaftliche Arbeit war mit mehreren Nobelpreisen verbunden: Manfred Eigen erhielt 1967 den Nobelpreis für Chemie für Untersuchungen extrem schneller chemischer Reaktionen. Erwin Neher und Bert Sakmann wurden 1991 für die Erforschung von Ionenkanälen in Membranen von Nervenzellen mit dem Nobelpreis für Physiologie oder Medizin ausgezeichnet. Stefan Hell erhielt 2014 den Nobelpreis für Chemie für die Entwicklung höchstauflösender Fluoreszenzmikroskopie. Das frühere Max-Planck-Institut für experimentelle Endokrinologie ging 2006 im Institut auf. 2021 wurde die geplante Fusion mit dem Max-Planck-Institut für experimentelle Medizin bekannt gegeben.

Abteilungen und Forschungsschwerpunkte

Im Juli 2019 hatte das Institut 12 Abteilungen: Patrick Cramer (Molekularbiologie), Gregor Eichele (Gene und Verhalten), Dirk Görlich (Zelluläre Logistik), Christian Griesinger (NMR-basierte Strukturbiologie), Helmut Grubmüller (Theoretische und computergestützte Biophysik), Stefan W. Hell (NanoBiophotonik), Jochen Rink (Gewebedynamik und Regeneration), Marina Rodnina (Physikalische Biochemie), Claus Ropers (Ultraschnelle Dynamik), Melina Schuh (Meiose), Holger Stark (Strukturelle Dynamik) und Alec M. Wodtke (Dynamik an Oberflächen).

Die Abteilungen untersuchten unter anderem das Auslesen und die Regulation von Genen, den Stofftransport durch Kernporen, die Struktur und Faltung von Proteinen, die Funktion von Ribosomen, die innere Uhr, Regeneration bei Plattwürmern, die Entwicklung von Eizellen und Ursachen von Chromosomenfehlern. Weitere Themen waren molekulare Maschinen, schnelle Vorgänge in Festkörpern und Nanostrukturen sowie chemische Reaktionen und Energieübertragung an Grenzflächen.

Methodisch reichte das Spektrum von Röntgenkristallografie, Elektronenmikroskopie, funktionaler Genomik und Bioinformatik bis zu Fluoreszenzspektroskopie, kinetischen Messungen, Computersimulationen, Lasern, Molekularstrahlen und Ultrahochvakuumtechnik. Die STED-Mikroskopie machte Strukturen im Nanometerbereich sichtbar; die MINFLUX-Mikroskopie erreichte eine Trennschärfe von wenigen Nanometern. Das ultraschnelle Transmissionselektronenmikroskop erfasste Prozesse im Bereich von Femto- oder Pikosekunden. Die 3D-Transmissions-Elektronen-Kryomikroskopie konnte molekulare Strukturen bis zu atomarer Auflösung untersuchen.

Ein besonderes Anliegen war die Nachwuchsförderung. Dazu bestanden 18 unabhängige Forschungsgruppen. Ehemalige Direktoren konnten nach ihrer Emeritierung für einige Jahre in Emeritusgruppen weiterforschen. Zu den genannten Emeritusgruppen gehörten unter anderem Neurobiologie, zelluläre Dynamik, zelluläre Biochemie, Membranbiophysik, Spektroskopie und photochemische Kinetik, molekulare Entwicklungsbiologie und Systemimmunologie.

Biomedizinische NMR und wissenschaftliche Ausbildung

Die Forschungsgruppe Biomedizinische NMR wurde 1993 als unabhängige Forschungsstelle Biomedizinische NMR Forschungs GmbH unter Leitung von Jens Frahm gegründet. Sie entwickelte bildgebende Verfahren der nuklearmagnetischen Resonanz (NMR) für nichtinvasive Untersuchungen des zentralen Nervensystems von Tieren und Menschen. Dadurch wurden direkte Einblicke in Anatomie, Stoffwechsel und Funktion des zentralen Nervensystems sowie in menschliche Hirnerkrankungen möglich.

Das Mitte der 1980er Jahre entwickelte Fast Low-Angle Shot (FLASH) verkürzte die Messzeit in der Magnetresonanztomografie um den Faktor 100 und schuf eine wichtige Grundlage für die breite medizinische Anwendung der MRT. Die Weiterentwicklung FLASH2 verbesserte die Echtzeit-MRT und ermöglichte Echtzeitvideos aus dem Inneren des Körpers.

Gemeinsam mit der Universität Göttingen, dem Max-Planck-Institut für experimentelle Medizin und weiteren Einrichtungen bot das Institut International Max Planck Research Schools an. 2000 wurden die IMPRS for Molecular Biology und die IMPRS for Neurosciences gegründet. Seit 2008 bestand zusätzlich die IMPRS for Physics of Biological and Complex Systems; 2017 kam die IMPRS for Genome Science hinzu. Eine IMPRS ist ein englischsprachiges Doktorandenprogramm, das besonders ausländische Doktoranden anwerben soll. Die Programme der IMPRS for Physics of Biological and Complex Systems führten beginnend mit einem Bachelor oder gleichwertigen Abschluss in 18 Monaten zum Master of Science und insgesamt in 4 Jahren zur Promotion.

Kooperationen, Öffentlichkeit und Auszeichnungen

Das Institut kooperierte eng mit der Universität Göttingen und war am Göttingen Campus beteiligt. Gemeinsame Einrichtungen und Verbundprojekte waren unter anderem das European Neuroscience Institute Göttingen (ENI), das Exzellenzcluster CNMPB und das Bernstein Center for Computational Neuroscience (BCCN). Das ENI besteht seit 2000 und erforscht Funktionen und Krankheiten des Nervensystems. Das CNMPB untersucht molekulare Prozesse und Wechselwirkungen zwischen Nervenzellen. Das 2007 eröffnete BCCN erforscht neuronale Grundlagen mithilfe mathematischer Modelle und arbeitet außerdem an Anwendungen in Robotik und Neuroprothetik.

Zur Information der Öffentlichkeit veranstaltete das Institut Führungen, Vorträge, Besuche für Schulklassen, Angebote zum Zukunftstag, Tage der offenen Tür und Beiträge zur Göttinger Nacht des Wissens. Gemeinsam mit vier weiteren Göttinger Max-Planck-Instituten organisierte es außerdem die Vortragsreihe „Wissenschaft beim Göttinger Literaturherbst“.

Seit 2018 ehrt die Manfred Eigen Award Lecture jährlich eine herausragende Forscherpersönlichkeit auf einem von Manfred Eigen bearbeiteten wissenschaftlichen Gebiet. Der Karl Friedrich Bonhoeffer Award wird seit 2016 im Rahmen der seit 2014 bestehenden Karl Friedrich Bonhoeffer Lecture für herausragende wissenschaftliche Leistungen verliehen.