Porträt von TUM Alumnus und Nobelpreisträger Joachim Frank.
Porträt von TUM Alumnus und Nobelpreisträger Joachim Frank.
Nobelpreisträger Joachim Frank

„Ich war auf der Suche nach Bedeutung in einer chaotischen Welt“

TUM Alumnus und Nobelpreisträger Joachim Frank (Bild: Magdalena Jooß/TUM).

Für Joachim Frank ist der Nobelpreis die Anerkennung einer jahrelangen wissenschaftlichen Arbeit, deren Erfolg oftmals ungewiss war. Auch seine Promotionszeit in München war bisweilen von Unsicherheit geprägt: „Ich musste meine Richtung erst finden, aber Schritt für Schritt ist mir das gelungen“, so der gebürtige Siegerländer, der sich noch mit seinem Doktorvater darüber stritt, wie sich biologische Moleküle am besten darstellen lassen.

Nach der Promotion ging Joachim Frank mit einem Stipendium in die USA und beschloss dort zu bleiben. Seit 2008 ist er Professor für Biochemie und Molekulare Biophysik an der Columbia Universität. Zusammen mit Jacques Dubochet und Richard Henderson wurde Joachim Frank 2017 für die bahnbrechenden Arbeiten zur Entwicklung der Kryo-Elektronenmikroskopie mit dem Nobelpreis in Chemie ausgezeichnet.

Im Interview erzählt er von seiner Kindheit im zerbombten Siegen, warum er trotz Widerständen an seiner Forschungsidee festgehalten hat und welche magischen Momente er im Rahmen der Nobelpreisverleihung erlebte.

Professor Frank, Ihr Vater, ein Jurist, wollte ursprünglich nicht, dass Sie Physik studieren. Warum?

Er dachte, es sei eine brotlose Kunst (lacht). Er fragte mich: „Wo wirst du als Physiker später arbeiten? Wie willst du Geld verdienen?“ Er recherchierte und fragte bei Bekannten nach, ob es wirklich eine wirtschaftliche Grundlage gab, ob man sich als Physiker versorgen könnte. Schließlich konnte ich ihn überzeugen und durfte nach Freiburg gehen, um zu studieren. Grundsätzlich haben mich meine Eltern aber immer unterstützt und mir Mut gemacht.

Hat sich Ihr Interesse an der Naturwissenschaft bereits als Kind gezeigt?

Schon als Achtjähriger habe ich einen großen Teil meiner Zeit im Kabäuschen verbracht. Das war der Platz unter der Veranda meines Elternhauses, der uns für eine kurze Zeit nach dem Krieg als Schweinestall gedient hatte. Dort bastelte ich, baute Regale, füllte kleine leere Magenbitterfläschchen mit allen möglichen Reagenzien, die ich mischte, um meine unerklärliche Neugierde zu befriedigen: Wie Karbit mit Wasser reagiert, wie ein Metall wie Zink in einer Säure völlig verschwinden kann, warum aufgeheizte Kohle ein brennbares Gas ausscheidet. Später kam das Radiobasteln dazu. Und was die Theorie betrifft: Mein Elternhaus hatte einen unglaublichen Schatz im Wohnzimmer, das zwanzigbändige Meyers Konversationslexikon von 1905, jeder Band mit 1.000 Seiten. In den Büchern habe ich geblättert, seit ich lesen konnte. Ich fand nichts Außergewöhnliches an meinen stundenlangen Forschungen, schließlich hat man als Kind keine Ahnung, was typisch ist oder untypisch ist.

Als Sie klein waren, haben Sie die Zerstörung durch den Krieg erlebt. Welchen Einfluss hatten diese Eindrücke auf Sie?

Sie hatten eine immense Wucht. Als Dreieinhalbjähriger sah ich ein Haus in meiner Heimatstadt in Flammen aufgehen. Im Februar 1943 wurde unser Haus von Brandbomben getroffen, das Dach war zerstört und wir mussten umziehen. Nachdem der Krieg zu Ende war, spielten wir Kinder in den Trümmerfeldern. Ich kann mich erinnern, dass ich Kupferleitungen und Bakelit-Armaturen fand – und eine große Familie von jungen, rosafarbenen Mäusen. Alles wunderbar faszinierend, nur durfte ich nichts davon am Abendbrottisch erzählen (lacht). Aber in mir erwachte ein Streben danach, Ordnung zu schaffen. Ich war auf der Suche nach Bedeutung in einer chaotischen Welt. Und diese Suche konnte letztlich nur von einem Leben in der Wissenschaft befriedigt werden.

Sie haben in Freiburg angefangen, Physik zu studieren und sind nach dem Vordiplom nach München gewechselt, zunächst an die LMU. Wann kam ihr Interesse an der Elektromikroskopie auf?

Mein Betreuer an der LMU war ein erfahrener Elektronenmikroskopiker, und ich war interessiert an der Technik. Meine Diplomarbeit habe ich über die Wechselwirkungen von Elektronen mit Metall, Rückstreuung von Elektronen an flüssigem Gold geschrieben. Es war ein sehr langwieriges und experimentell herausforderndes Projekt. Das brachte mich erstmals richtig in Kontakt mit der Elektronenstreuung. So kam ich schließlich nach meinem Diplom an die TUM zu Professor Walter Hoppe. Ich hatte recherchiert, wer mir in München mehr zu dem Thema beibringen konnte und er war schon damals als Experte bekannt. Also klopfte ich an seine Tür und er akzeptierte mich als Schüler.

Das hört sich so einfach an.

Ehrlich gesagt, hatte ich als Student, der eigentlich von nichts eine Ahnung hatte, fast einen Herzanfall bei der ganzen Sache (lacht). Du hast einen Termin bei einem Professor, der dir für eine Minute zuhört und dir dann verschiedene Projekte zur Auswahl gibt. Später habe ich rausgefunden, dass die Durchführung des Projektes, das Walter Hoppe mir gab, eigentlich unmöglich war. Es war einfach nicht realistisch.

Wusste Professor Hoppe, dass es unmöglich war?

Nein, ich glaube nicht. Er war ja damals selbst als Roentgenstrukturforscher ein Neuling in der Elektronenmikroskopie. Er hatte viele sehr gute theoretische Ideen, aber noch nicht viel Praxiserfahrung. Es gab kaum jemanden, der an der Bildverarbeitung bisher gearbeitet hatte. Ich habe viele meiner Ideen in völligem Gegensatz zur Forschung meines Mentors entwickelt. Ich war überzeugt davon, dass die Art, wie er sich dem Problem näherte, völlig falsch war. Wir hatten viele Diskussionen darüber, aber auch über Hoppes Führungsstil. Er war eine sehr autoritäre Person und leitete die Gruppe auch so. Das war in den späten sechziger Jahren, in denen jeder sensibel auf Autorität reagierte. Ich stellte ständig seine Autorität in Frage – in allen möglichen Bereichen.

Konnte er das wertschätzen?

Was den Führungsstil betrifft, überhaupt nicht (lacht). Er hat aber die originellen Beiträge anerkannt, den ich geleistet habe. Als ich meinen ersten Artikel über mein Forschungsergebnis geschrieben hatte, wollte ich Hoppe als leitenden Autor angeben. Aber er strich seinen Namen durch und sagte: „Das ist alles Ihre Arbeit“. Das war zu der Zeit sehr ungewöhnlich. Meine erste Arbeit als alleiniger Autor.

1970 haben Sie Ihre Dissertation eingereicht und direkt danach sind Sie in die USA gegangen. Wie kam es dazu?

Ich hatte das Glück, ein Harkness-Stipendium zu bekommen. Eine großartige Sache, denn es gab mir eine bedingungslose Finanzierung für zwei Jahre, egal wohin ich ging in den USA. Ich habe in insgesamt drei verschiedenen Laboren in den USA geforscht und dabei eine Reihe an Doktoranden getroffen, die später federführend auf diesem Gebiet wurden.

Bild: Magdalena Jooß/TUM.

Später haben Sie ein Angebot für eine Position am Forschungsinstitut des New Yorker Gesundheitsministeriums bekommen

Ich hatte einen Artikel über Bildverarbeitung in der Elektronenmikroskopie geschrieben. Der Artikel wurde als Kapitel in einem Buch veröffentlicht und das machte mich plötzlich zum Weltexperten für elektronenmikroskopische Bildverarbeitung – zumindest auf dem Papier. Dabei hatte ich gerade erst promoviert (lacht). In Albany wurde ein neues Zentrum für Elektronenmikroskopie eröffnet und damit wurde eine Stelle zum Thema Bildverarbeitung geschaffen. Daher haben sie mir die Stelle als leitender Wissenschaftler angeboten. Das Attraktive war: Ich musste nicht unterrichten, es war eine reine Forschungsposition. Und solche gab es nur sehr selten. Ein paar Jahre später habe ich zusätzlich eine Professur an der Universität in Albany angenommen.

Sie blieben in den USA: Hatten Sie niemals Heimweh?

Eigentlich ganz im Gegenteil. Für mich war es so etwas wie eine Befreiung. Ich fand Deutschland erstickend. Das lag an der autoritären Art und Weise, wie die Dinge hier geregelt wurden. Einer der Hauptgründe war auch das Hitler-Regime und die Art, wie es die Sprache vergiftet hatte. Ich schreibe in meiner Freizeit gerne. Auf Deutsch hatte ich immer das Gefühl, bestimmte Ausdrücke vermeiden zu müssen. Es war befreiend, mich in einer anderen Sprache ausdrücken zu können.

Beherrschen Sie die englische Sprache so gut?

Ich hatte schon in der Schule ein sehr gutes Sprachgefühl. Nach ein paar Jahren in den USA habe ich alle meine Texte nur noch auf Englisch geschrieben. Einige Zeit später habe ich angefangen, meine nichtwissenschaftlichen Texte wie zum Beispiel Kurzgeschichten auf Englisch zu schreiben. Ich hatte einen Abendkurs bei Pulitzer-Preisträger William Kennedy, der mich auf diesem Weg sehr bestärkt hat.

Den Großteil Ihrer Forschung, für die Sie den Nobelpreis erhalten haben, haben Sie während Ihrer Zeit in Albany durchgeführt.

Ja, in den ersten elf Jahren ging es vor allem um die Entwicklung der mathematisch-rechnerischen Basis für die Einzelpartikelmethode. Das bedeutet, dass wir elektronenmikroskopische Bilder durch Methoden der Bildverarbeitung schärfer gemacht und zweidimensionale elektronenmikroskopische Bilder so zusammengefügt haben, dass sie ein dreidimensionales Bild ergaben. Es war aber teilweise eine frustrierende Zeit: Unsere Artikel wurden von einigen Zeitschriften nicht angenommen, die wissenschaftliche Gemeinschaft zeigte sich eher skeptisch.

Was hat Sie davon abgehalten, aufzugeben?

Nun, ja. Es gab schon einige Menschen, die mich ermutigt haben, weiter zu machen. Außerdem haben wir in der Forschungsgruppe stetig Fortschritte gemacht und ein paar sehr gute Veröffentlichungen herausgebracht.

Würden Sie sich als selbstbewussten Menschen bezeichnen?

Ich bin eher ein Alleingänger. Oftmals fühlte ich mich nicht richtig zugehörig. Es gab sie schon: diese Zeiten, in denen ich anzweifelte, dass meine wissenschaftliche Karriere je erfolgreich sein würde und in denen ich dachte, ich habe nichts Entscheidendes beizutragen. Das kennt vermutlich jeder Wissenschaftler. Dieses Gefühl kann aber sehr beängstigend sein. Es kamen dann aber wieder bessere Phasen: Wir haben zentrale Erkenntnisse zur Darstellung von Ribosomen beigesteuert, die sehr anerkannt wurden. Wir konnten die Ribosomen in ihren verschiedenen funktionalen Stadien und unterschiedlichen Konformationen darstellen, was mit anderen Methoden nicht möglich war. Die Auflösung war aber nicht besser als zehn Ångström, das ist eine sehr kleine Längeneinheit. Im Jahr 2000 gab es einen Durchbruch in meinem Feld, als durch Röntgenkristallographie eine viel bessere Auflösung in der Darstellung der Ribosomen erreicht werden konnte. Sie lag bei drei Ångström, nahe einer atomaren Auflösung. Wenn es jemals so etwas wie ein Wettrennen zwischen der Kryo-Elektronenmikroskopie und der Röntgenkristallographie gegeben hatte, so schien es nun, der Wettlauf sei vorbei und die Röntgenkristallographie habe „gewonnen“. Es schien so, als hätten wir keine Möglichkeit mehr, hier aufzuholen.

Doch damit war es noch nicht zu Ende.

In den nächsten zehn Jahren nutzen wir Röntgenstrukturmodelle, um die Rekonstruktionen der Kyro-Elektronenmikroskopie zu interpretieren, aber wir hatten niemals bessere Ergebnisse als fünf Ångström. Das änderte sich in den Jahren 2012 bis 2017: Nach der Einführung der Einzelelektronen-Detektionskameras erreichten die Methoden, die ich entwickelt hatte, plötzlich eine Auflösung von drei Ångström oder besser. Eine Revolution, weil durch meine Methode ja auch die verschiedenen Stadien und Funktionalitäten von Biomolekülen sichtbar wurden. Man erhält dadurch also viel mehr Information als vorher. Viele Labore, die zuvor mit Röntgenkristallographie gearbeitet hatten, wechselten nun zur Einzelpartikel-Kyro-Elektromikroskopie. Dadurch kam unsere Forschung in den Mittelpunkt des Interesses.

Am 4. Oktober 2017 hat bei Ihnen um 5:18 New Yorker Zeit das Telefon geklingelt. Was dachten Sie?

Ich wurde mitten aus dem Schlaf gerissen. Aber natürlich wusste ich, dass am 4. Oktober die Nobelpreise in der Chemie bekannt gegeben werden. Ich vermutete, dass dieser Anruf aus Stockholm sein musste. Um kurz nach sieben standen schon die ersten Reporter bei uns in der Lobby und wollten Fotos machen. Ein früherer Postdoc rief mich an: Er war die ganze Nacht wach gewesen, überzeugt davon, dass wir in diesem Jahr den Nobelpreis erhalten würden. Ich wusste, dass ich ab jetzt eine andere Art von Leben führen würde.

Für die Nobelpreisverleihung sind Sie nach Stockholm gereist. Was ist Ihnen davon besonders in Erinnerung geblieben?

Es gab viele magische Momente. In der Zeit, in der der Nobelpreis vergeben wird, findet in Schweden das Luciafest – das Lichterfest – statt. Eines Morgens klopfte es an unsere Tür im Hotelzimmer. Wir lagen immer noch im Bett und eine Gruppe von Mädchen in weißen Kleidern mit Kerzen in den Händen kam ins Zimmer gelaufen und sang. Dann gab es für uns noch Frühstück im Bett. Eine unglaubliche Erfahrung.

Sie haben einmal in einem Interview gesagt, dass Sie dank des Nobelpreises jetzt keine Übersichtsartikel mehr schreiben müssen. Hat sich noch etwas geändert?

Ja, das ist eine ganz große Freiheit. Ich hasse es, Übersichtsartikel zu schreiben. Sie sind lästig und sehr zeitaufwändig. Darüber hinaus habe ich jetzt einen viel größeren Gestaltungsspielraum: Ich muss mir keine Gedanken mehr um die Wirtschaftlichkeit meiner Forschung machen und ich bekomme viel Wertschätzung. Zudem unterbrechen mich meine Gesprächspartner jetzt nicht mehr oder zumindest viel weniger als früher (lacht).

Prof. Dr. Joachim Frank

Promotion Physik 1970

Joachim Frank wurde in Weidenau, einem heutigen Stadtteil von Siegen, geboren. Nach dem Vordiplom in Freiburg graduierte er an der Ludwig-Maximilians-Universität München zum Diplom-Physiker. 1970 wurde Joachim Frank bei dem Elektronenmikroskopie-Pionier Prof. Walter Hoppe an der TUM mit einer Arbeit zu elektronenmikroskopischen Aufnahmen hoher Auflösung mit Bilddifferenz- und Rekonstruktionsverfahren promoviert. Als Postdoktorand arbeitete er am California Institute of Technology, an der University of California, Berkeley und an der Cornell University.

Von 1972 an war Frank Forschungsassistent am Max-Planck-Institut für Biochemie, ab 1973 Forschungsgruppenleiter an der University of Cambridge. Seit 1975 ist Frank am Wadsworth Center, New York State Department of Health (University at Albany, The State University of New York) tätig. Seit 1997 hat Frank zusätzlich eine Forschungsprofessur für Zellbiologie an der New York University inne und seit 2008 die Professur für Biochemie, molekulare Biophysik und Biowissenschaften an der Columbia University.

Joachim Frank leistete wesentliche Beiträge zur Kryo-Elektronenmikroskopie von Einzelmolekülen und konnte mit dadurch ermöglichten elektronenmikroskopischen Aufnahmen wesentlich zur Aufklärung der Struktur und Funktion von Ribosomen beitragen. 2017 wurde ihm gemeinsam mit Jacques Dubochet und Richard Henderson der Nobelpreis für Chemie zugesprochen. Joachim Frank ist verheiratet und hat zwei Kinder.

Bild: Magdalena Jooß/TUM