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Core Facilities: Warum geteilte Infrastruktur die bessere Infrastruktur ist

Was sind eigentlich Core Facilities?

Wir wollten es ganz genau wissen und haben bei Prof. Dr. Elisa May nachgefragt. Sie leitet das Bioimaging Centre (BIC) an der Universität Konstanz und ist Gründungsvorsitzende der German BioImaging – Gesellschaft für Mikroskopie und Bildanalyse (GerBI-GMB).

Der Begriff „Core Facility“, so erklärt sie uns, leitet sich teilweise aus dem Lateinischen ab von „facilis“ für „leicht, mühelos, bequem“. Core Facilities sind demnach im Kern „Zentren, die die Forschungsarbeit erleichtern und auch ein Stück weit bequemer machen sollen“.

Überwiegend handelt es sich dabei um Labore, in denen aktuelle und gut gewartete Geräte gebündelt und nebeneinander bereitgestellt werden, um dort von internen wie externen Nutzerinnen und Nutzern für Forschungszwecke verwendet zu werden.

Andere Core Facilities nehmen aber beispielsweise auch Proben zur Analyse entgegen und verschicken die Messergebnisse im Anschluss an die Nutzer. Eine dritte Variante stellt Spezialwissen zur Verfügung, das für die Forschungsarbeit unabdinglich ist – etwa auf dem Feld der Datenanalyse oder der visuellen Verarbeitung von Daten.

„Core Facilities sind Zentren, die die Forschungsarbeit erleichtern sollen.“

Prof. Dr. Elisa May, Leiterin des Bioimaging Centre (BIC)

Warum Core Facilities?

Wegweisende Forschung ist ohne hochmoderne Technik heute kaum noch denkbar. Eine Herausforderung dabei ist, dass gute Technik nach hochspezialisiertem Fachwissen verlangt und teuer ist, vor allem in Anbetracht immer kürzer werdender Innovationszyklen. Core Facilities können hier Abhilfe leisten. Herkömmliche Forschungsinfrastruktur verteilt sich traditionell auf einzelne Fachbereiche oder Professuren.

Da es aber sowohl aus wissenschaftlicher wie aus wirtschaftlicher Sicht wenig Sinn macht, für jeden Bereich eigene Großgeräte zu etablieren, wird Infrastruktur heute zunehmend in zentralen Einrichtungen konsolidiert, die von verschiedenen Disziplinen gemeinsam und nachhaltig genutzt werden können.

Dieser Gedanke passt nicht nur besonders gut zur Universität Konstanz, sie lebt ihn auch aktiv seit ihrer Gründung: Die Vision einer über Disziplingrenzen hinweg genutzten Forschungsinfrastruktur geht seit jeher auch mit ihrem Verständnis gemeinschaftlich verwirklichter und interdisziplinär ausgerichteter Spitzenforschung einher.

Das Ziel von Core Facilities? Kosteneffizient und ressourcenschonend sicherzustellen, dass alle Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Konstanz unabhängig von ihrer fachlichen Zugehörigkeit, ihrer Karrierestufe oder ihrer eigenen Ausstattung Zugriff auf erstklassige Geräte haben, Anknüpfungspunkte für innovative Gemeinschaftsprojekte zu schaffen sowie Kompetenzen und Expertenwissen zu bündeln.

Welche Vorteile sich aus der Einrichtung gemeinschaftlich genutzter Gerätezentren ergeben und welchen Nutzen sowohl Forschende als auch Studierende daraus ziehen, erklärt Elisa May im Interview.
 

https://www.youtube.com/watch?v=WmBOrclduZA

Welchen Nutzen zieht die Forschung aus den Core Facilities?

Core Facilities sind nicht nur ‚nice to have‘, sondern haben einen reellen Nutzen für die Forschung. Eine kürzlich durchgeführte Erhebung der Publikationen, die aus allen Core Facilities der naturwissenschaftlichen Sektion an der Universität Konstanz hervorgegangen sind, zählt 570 Publikationen über einen Zeitraum von vier Jahren, an denen sich Core Facilities beteiligt haben. 260 davon sind allein im Fachbereich Biologie entstanden – eine signifikante Anzahl, schlussfolgert Elisa May.

„Interessant ist dabei, dass rund ein Viertel dieser Publikationen von unterschiedlichen Forschungsgruppen – also kollaborativ – erarbeitet worden sind.“ Core Facilities bieten zudem die Möglichkeit, Impulse für neue Verbundforschungsvorhaben zu setzen. „Auf Core Facility-Seite haben wir einen sehr guten Überblick über unsere Nutzerinnen und Nutzer sowie ihre Forschungsprojekte und können gegebenenfalls Kontakte vermitteln“, so May. „Diese Vernetzungstätigkeit stellt einen Mehrwert der Core Facilities dar.“

Core Facilities können aber auch durch eigene Forschungsbeiträge neue Methoden und Anwendungsfelder erschließen. Bei den sehr interdisziplinären Projekten geht es meist um die Entwicklung neuer, kommerziell (noch) nicht verfügbarer Technologien.

Das Bioimaging Centre etwa verfügt hierfür über ein Entwicklungslabor, in dem BiologInnen und PhysikerInnen Seite an Seite neuartige Laserlichtquellen für die Manipulation von Zellen mit Licht aufbauen und einsetzen.

„Diese Vernetzungstätigkeit ist ein Mehrwert der Core Facilities.“

Elisa May

Aus Nutzerperspektive

Prof. Dr. Helmut Cölfen, Professor für Physikalische Chemie an der Universität Konstanz und Sprecher des Sonderforschungsbereiches SFB 1214 „Anisotropic Particles as Building Blocks: Tailoring Shape, Interactions and Structures“, nutzt regelmäßig verschiedene Core Facilities der Universität. Darunter sind das Bioimaging Centre, das Electron Microscopy Centre, die NMR Core Facility, das Nanostrukturlabor und das Partikelanalysezentrum.

Auch er sieht in der Bündelung von Forschungsinfrastruktur in Core Facilities hauptsächlich Vorteile:

„In Gerätezentren kann die Expertise gebündelt werden und damit die Gerätenutzung auf hohem Niveau sichergestellt werden. Insgesamt werden damit Geräte für alle nutzbar, auf die einzelne Gruppen sonst keinen, oder nur eingeschränkten Zugriff hätten, was insbesondere auch für NachwuchswissenschaftlerInnen wichtig ist, die kaum bzw. nicht über eine eigene Geräteausstattung verfügen.“

Auch die Lehre profitiere sehr von den Core Facilities, erklärt er weiter: „Die Studierenden meines Masterkurses „Nanochemie und -analytik“ können in Kleingruppen beispielsweise im Partikelanalysezentrum oder Nanostrukturlabor die in der Vorlesung besprochenen analytischen Techniken im Messbetrieb ansehen, teilweise auch für ihre selbst hergestellten Proben.

Nach Einarbeitung ist es bei manchen Geräten sogar möglich, dass sie die erforderlichen Messungen selbst durchführen. Dies bewirkt einen wesentlich besseren Lerneffekt, als diese Techniken nur theoretisch in der Vorlesung zu behandeln.“

Helmut Cölfen, Professor für Physikalische Chemie

„Ohne die Core Facilities wäre meine Forschung nicht auf dem aktuellen Niveau möglich.“

Core Facilities an der Universität Konstanz

Core Facilities an der Universität Konstanz

An der Universität Konstanz wurde die Idee einer gemeinsamen Infrastruktur zuerst in der Physik realisiert, erklärt uns Elisa May weiter: „Im Nanostrukturlabor werden seit 2006 große komplizierte Geräte in einem Labor gebündelt, durch eine Person gewartet und Nutzerinnen und Nutzer in ihrer Arbeit unterstützt“.

In den Lebenswissenschaften hat sich der Gedanke der Core Facilities erst etwas später etabliert, wurde gerade in diesem Bereich aber stark von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) vorangetrieben. Primäres Ziel war auch hier eine effizientere Nutzung der Geräte.

Die erste Core Facility, die im Fachbereich Biologie an der Universität Konstanz gegründet wurde, ist das Bioimaging Centre, das mit der Lichtmikroskopie eine Querschnittstechnologie bereithält, die in allen Lebenswissenschaften genutzt wird.

„Mit der Geburt des Bioimaging Centre setzte eine gewisse Trendwende ein“, so Elisa May.

Insgesamt sind mittlerweile auf dem Campus mehr als 20 Core Facilities untergebracht, die die Natur- und Lebenswissenschaften ebenso miteinschließen wie die Geistes- und Sozialwissenschaften.

Der Fachbereich Biologie verfügt allein über fünf Core Facilities. In der Chemie und Physik sind es zusammen sechs, vier fallen auf die Informatik und Informationswissenschaft, Wirtschaftswissenschaft, Soziologie, Psychologie und Sportwissenschaft und sechs weitere auf die Sprachwissenschaft.

Achtung: Ausgewählte Einrichtungen stellen wir nach und nach in unserer Core Facilities-Reihe im Digitalmagazin der Universität CAMPUS.KN vor. Bleiben Sie dran, um mehr über die Technologien und Anwendungen zu erfahren, die auf dem Campus zur Verfügung stehen!

Das Bioimaging Centre (BIC)

Das Bioimaging Centre wurde am 1. November 2008 eröffnet und steht von Anfang an allen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Universität zur Verfügung. Biologinnen und Biologen untersuchen hier von Gewebe über Zellen bis hin zu Bakterien verschiedene Objekte. Wenn die Proben noch kleiner werden, es sich beispielsweise um Viren handelt, kommt das Electron Microscopy Centre zum Einsatz.

Das Bioimaging Centre beherbergt unter anderem sogenannte Konfokalmikrosope, mit denen sich dreidimensionale Rekonstruktionen von Proben herstellen lassen, die einen räumlichen Eindruck von Zellen vermitteln. Es verfügt außerdem über ein Hochauflösungsmikroskop, eine Technologie für die 2014 der Nobelpreis für Chemie an Eric Betzig, Stefan W. Hell und William E. Moerner verliehen wurde.

„Es schließt in gewisser Weise die Lücke zwischen Licht- und Elektronenmikroskopie, weil sich damit noch kleinere Strukturen wie etwa einzelne Moleküle in lebenden Zellen untersuchen lassen“, erklärt Elisa May. Die Lebendzellmikroskopie ist dabei ein Schwerpunkt des Bioimaging Centre: von der Teilung bis hin zum Tod kann das Leben einer Zelle in Echtzeit verfolgt werden. Moleküle in der Zelle zu beobachten ist hier möglich.

Den Ablauf am BIC schildert uns Elisa May wie folgt: „Bei Mikroskopie-Core Facilities ist es in der Regel so, dass die Nutzerinnen und Nutzer das Gerät selbst bedienen. Wenn sie ein Projekt geplant haben, kommen sie auf uns zu. Wir besprechen das Projekt, beraten zur Probenpräparation und Wahl des Mikroskops sowie zum Umgang mit den erhobenen Daten und der geeigneten Art der Auswertung. Die Nutzerinnen und Nutzer erhalten dann zunächst eine Schulung, in der sie lernen, das Gerät ihrer Wahl zu benutzen. Danach können sie es buchen und für den Zeitraum der Buchung Tag und Nacht nutzen. Bei Problemen steht das technische und wissenschaftliche Personal des BIC beratend und unterstützend zur Seite.“

Alice Krebs, Doktorandin in der AG Prof. Dr. Marcel Leist, Fachbereich Biologie

„Ich arbeite sehr gerne mit dem Bioimaging Centre zusammen. Besonders als das Projekt meiner Doktorarbeit noch sehr imaging-intensiv war, haben mir das Feedback und die praktische Unterstützung in Bezug auf Imaging und Datenauswertung sehr geholfen. [...] Die Arbeit an und mit dem BIC hat uns außerdem sehr eindrucksvolle Bilder und Animationen beschert, die wir gerne [selbst benutzen] und die auch schon bei schwergewichtigen Kooperationspartnern wie Roche auf großes Interesse gestoßen sind.“

In den ersten Jahren des Bioimaging Centre habe sie selbst die Geräte- und Nutzerbetreuung übernommen, so Elisa May. Seitdem ist das BIC stark gewachsen und diese Aufgaben werden heute auf ein Team von drei Personen verteilt. Neben dem technischen Know-how ist dabei die wissenschaftliche Expertise sehr wichtig. Welche Mikroskopiemethode am besten geeignet ist, um eine wissenschaftliche Frage zu beantworten, sei die am häufigsten gestellte Frage.

Dafür muss das BIC ein breites Wissen über das Potential und die Limitierungen der verschiedenen Techniken parat halten und auch sehr unterschiedliche Forschungsthemen, von der Mikrobiologie zur Materialchemie, einschätzen können. Grundvoraussetzung für jegliche Arbeit ist natürlich, dass die Geräte optimal funktionieren. Für eine Core Facility sei das besonders wichtig, was in einer einzelnen Arbeitsgruppe nicht immer gegeben ist: „Die Doktorandinnen und Doktoranden müssen in erster Linie ihre Forschungsprojekte vorantreiben, sie sind nicht für die Instandhaltung der Geräte zuständig“, stellt sie klar.

Zu genau diesem Zweck steht das BIC-Team im regelmäßigen Kontakt mit den jeweiligen Geräteherstellern. May selbst koordiniert mittlerweile hauptsächlich die verschiedenen Anfragen, legt in Absprache mit ihren Kolleginnen und Kollegen fest, wer welches Projekt betreut und konzentriert sich auf die Beschaffung der finanziellen Mittel, die nötig sind, um den Gerätepark zu erweitern und auf dem aktuellen Stand der Technik zu halten.

„Das ist bei uns eine Hauptaufgabe: Die Nutzerinnen und Nutzer müssen sicher sein, dass sie ein perfektes Mikroskop vorfinden, wenn sie ins BIC kommen.“  Elisa May

Angebot und Nachfrage

In den vergangenen fünf Jahren habe sich das Konzept der Core Facilities mit Unterstützung der DFG immer mehr durchgesetzt, so Elisa May.

Die größte Entwicklung sei dabei tatsächlich an Universitäten zu beobachten, die im Vergleich zu außeruniversitären Einrichtungen bei der Etablierung von Core Facilities hinterherhinkten: „Wir sehen, dass der Bedarf an Beratung und an der Schaffung geeigneter Strukturen an Universitäten besonders hoch ist.

Von der institutionellen Anbindung, von den Personalstrukturen und Entwicklungsperspektiven ist die Core Facility im universitären Bereich immer noch ein Novum.“ Kurze Innovationszyklen stellen dabei eine wesentliche Herausforderung dar. „Man möchte up-to-date sein, muss dabei aber auch Angebot und Nachfrage berücksichtigen“, sagt Elisa May.

Wenn sich in der Rücksprache mit den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern tatsächlich eine Nachfrage nach neuerer Technik herauskristallisiert, wird gemeinsam nach einer Anschaffungsmöglichkeit gesucht. Über ihre Infrastrukturprogramme etwa ermöglicht die Universität Konstanz die Modernisierung existierender sowie die Etablierung neuer Technologien, mit denen sich die Qualität der Forschung maßgeblich steigern lässt: „Oft ist es so, dass eine bestimmte Expertise aus einer Arbeitsgruppe heraus entwickelt wird und sich daraus ein Bedarf ergibt, der dann schlussendlich zur Einrichtung einer neuen Core Facility führen kann.“

An der Universität Konstanz ist die Einrichtung neuer Forschungsinfrastrukturen und Core Facilities in einem eigens dafür eingerichteten Verfahren des Ausschusses für Forschungsfragen (AFF) geregelt. Erst wenn ein Pilotprojekt das Bewerbungsverfahren und die üblichen Evaluierungen erfolgreich durchlaufen hat, kann daraus ein Gerätezentrum erwachsen. „Wichtig ist, dass dieser Prozess immer in Absprache mit den Nutzerinnen und Nutzern stattfindet“.

Auch mit Blick auf die gesamtwissenschaftliche Landschaft kann die Einrichtung von Core Facilities auf lokaler Ebene von Vorteil sein: Dadurch, dass sich etwa deutsche Lichtmikroskopie-Zentren in einem Netzwerk organisierten, wurde von der DFG 2018 eine Großgeräteinitiative für Lichtmikroskopie ausgeschrieben. „Das war von Vorteil für die gesamte wissenschaftliche Gemeinschaft.“

„Es ist nicht sinnvoll, eine Technologie anzuschaffen, nur weil sie ‚fancy‘ ist.“

Elisa May

Wer kümmert sich um die Daten, die in den Core Facilities erhoben werden?

„Das Problem der Daten – des Datenmanagements und der Datenanalyse – ist eine Herausforderung für uns alle“, sagt Elisa May. „Sie kann nur durch eine gemeinsame Infrastruktur bewältigt werden. Ein gemeinsames Konzept ist da unabdingbar.“

Mehr zum Thema Forschungsdatenmanagement an der Universität Konstanz lesen Sie in der kommenden Ausgabe des uni’kon.

Im Austausch mit der Gesellschaft

Die Core Facilities der Universität Konstanz dienen auch dem Austausch mit der Gesellschaft. Sie öffnen nicht nur externen Nutzerinnen und Nutzern aus Wirtschaft und Gesellschaft ihre Türen, sondern engagieren sich auch im Wissenstransfer und der Nachwuchsförderung. Das Bioimaging Centre etwa beteiligt sich seit einigen Jahren im Verbund mit weiteren Zentren der „German BioImaging – Gesellschaft für Mikroskopie und Bildanalyse“ am „Maus-Türöffner-Tag“, für den regelmäßig verschiedenste Veranstaltungsorte kleinen und großen Fans der „Sendung mit der Maus“ Tür und Tor öffnen.

An der Universität Konstanz geht es dabei um Transparenz und ganz besonders darum, dem Nachwuchs die Freude am wissenschaftlichen Arbeiten mit Geräten zu vermitteln. Bei den vergangenen Maus-Türöffner-Tagen 2017 und 2018 untersuchten die kleinen Forscherinnen und Forscher etwa unter wissenschaftlicher Anleitung des BIC-Teams, wie ihr Fingerabdruck unter dem Mikroskop aussieht, was sich im Inneren einer Hautzelle verbirgt und wie ein Mikroskop eigentlich aufgebaut ist. Einige Impressionen der Veranstaltung haben wir in unserer Bilderstrecke für Sie gesammelt.

Prof. Dr. Elisa May ist Leiterin des Bioimaging Centre (BIC) an der Universität Konstanz und Gründungsvorsitzende der „German BioImaging – Gesellschaft für Mikroskopie und Bildanalyse“ (GerBI-GMB), die ebenfalls an der Universität Konstanz ihren Sitz hat. Die im Jahr 2017 gegründete Fachgesellschaft ist aus dem von der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG) geförderten bundesweiten Netzwerk „German BioImaging“ hervorgegangen.

Zu ihren erklärten Zielen gehört unter anderem, Rahmenbedingungen für wissenschaftliche Bildgebungs-Infrastruktur in Deutschland zu definieren sowie die Professionalisierung des gemeinsamen Nutzungsangebotes der vorhandenen Geräteinfrastruktur, die in Deutschland als hervorragend gilt, voranzutreiben. Die GerBI-GMB wird von der Carl Zeiss Stiftung gefördert.