Exzellente Bildung und Spitzenforschung sind tragende Säulen der Schweizer Innovationskraft und gehören damit zu den wertvollsten Ressourcen. Doch wer im immer härter werdenden globalen Wettbewerb bestehen will, muss die weltweit besten Köpfe im Team haben. Denn erfolgreiche wissenschaftliche Arbeit kennt keine Landesgrenzen.

Das internationale Team am ETH-Institut für Molekulare Systembiologie in Zürich: Der Schweizer Forschungsleiter Ruedi Aebersold, Etienne Caron aus Kanada, Yansheng Liu ist Chinese und Christina Ludwig stammt aus Deutschland (v.?l.?n.?r.).

Yansheng Liu hat in Peking und Shanghai Biologie studiert. Sein Forschungsgebiet sind die Proteine. Er untersucht die Gesamtheit aller Eiweisse in einem Organismus, das sogenannte Proteom. Der junge Wissenschaftler hätte nach seiner Doktorarbeit am führenden chinesischen Biologie-Institut in Shanghai weiter forschen können. Doch 2010 traf er in Sydney auf einer internationalen Konferenz auf den ETH-Zürich-Professor Ruedi Aebersold und bewarb sich für eine Stelle in dessen Forschungsgruppe. Das Gespräch mit dem berühmten Schweizer Wissenschaftler habe ihn sehr beeindruckt, erzählt Yansheng Liu. «Sein Institut für Molekulare Systembiologie ist führend auf dem Gebiet der Proteomik.» Zudem gehöre die ETH Zürich zu den weltweit besten Hochschulen.

Yansheng Liu erhielt eine Stelle als Postdoktorand und arbeitet seit knapp vier Jahren mit vollem Einsatz im Zürcher Labor. «In Asien gibt es viele hoch motivierte, junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die unglaublich leistungsbereit sind», sagt Ruedi Aebersold. «Unser Forschungsprogramm ist international sehr gefragt. Deshalb melden sich Studentinnen und Wissenschaftler aus aller Welt, die bei uns arbeiten möchten.» Während einige der Doktorierenden in seinem Team aus der Schweiz kommen, stammen fast alle Postdocs aus dem Ausland. «Schweizer Studierende, die hier ihre Doktorarbeit geschrieben haben, sollten anschliessend unbedingt ins Ausland gehen, um unterschiedliche Forschungskulturen kennen zu lernen und Beziehungen zu knüpfen», so der Professor der ETH Zürich. Für die spätere Karriere sei es wichtig, international sichtbar zu werden. Wie die deutsche Postdoktorandin Christina Ludwig aus der Ruedi-Aebersold-Gruppe. «Forschende verschiedener Nationen bringen unterschiedliche Aspekte ein», sagt sie. «Ich bin überzeugt, dass wir nicht so erfolgreich wären, wenn wir alle aus dem gleichen Land stammen würden.»

Tuberkulose-Erreger erforschen

Ruedi Aebersold und sein Team untersuchen das Proteom mit Hilfe der Massenspektrometrie, die Moleküle nach deren Masse und Ladung aufteilt. Sie entwickeln dabei neue Messmethoden, mit denen die Analyse schneller und effizienter erfolgt. Nicht nur das Team selbst ist international zusammengesetzt, wichtig sind auch Kontakte zu Forschungsgruppen rund um den Globus. «Unsere Arbeit wird erst dann interessant, wenn wir Anwendungsgebiete für die von uns entwickelte Technologie finden», so der Forschungsleiter. «Wir sind deshalb sehr an der nationalen und internationalen Zusammenarbeit mit anderen Forschenden interessiert.» So beteiligte sich sein Team an einem europäischen Projekt zur Erforschung des Tuberkulose-Erregers. Die Infektionskrankheit TB ist in der Schweiz zwar selten geworden, fordert weltweit aber jährlich etwa zwei Millionen Tote, viele davon HIV-Infizierte in Afrika. Sorgen bereiten den Fachleuten aber auch aggressive und antibiotikar esistente Bakterien-Stämme, die sich von Russland aus verbreiten.

Bei Proben von betroffenen Patientinnen und Patienten von verschiedenen Kontinenten können die Forschenden in Zürich herausfinden, ob es sich um mehr oder weniger aggressive oder resistente Bakterien handelt – eine Erkenntnis, die die Entwicklung neuer Medikamente ermöglicht. Das EU-Projekt mit Gruppen aus zehn Ländern wurde Ende September 2014 abgeschlossen. Das Zürcher Team führt seine Arbeit nun im Netzwerk SystemsX.ch im Rahmen eines Projektes unter der Leitung von Prof. Sebastien Gagneux vom Schweizerischen Tropen- und Public Health-Institut in Basel weiter. Die Schweizer Forschungsinitiative für Systembiologie, an der sich rund 300 Forschungsgruppen beteiligen, wird vom Bund gefördert.

Einzigartige Kombination

Das persönliche Netzwerk seines Chefs beeindruckt Etienne Caron. Der Kanadier arbeitet seit zwei Jahren als Postdoktorand bei Ruedi Aebersold. «Mein Traum ist es, Assistenzprofessor zu werden und eine eigene Forschungsgruppe aufzubauen», so der junge Wissenschaftler. Da helfe es enorm, wenn man in einer renommierten Gruppe arbeiten könne und der Forschungsleiter in zahlreichen Komitees vertreten sei. Etienne Caron beschäftigt sich mit Immunologie. Er bestimmt mit Hilfe massenspektrometrischer Methoden Antigene, die vom Immunsystem erkannt werden. Ziel ist, die körpereigene Abwehr so zu trainieren, dass sie Krebszellen aufspürt – ein hochaktuelles Gebiet. An der Universität in Montreal habe er sich das biologische Wissen erworben, erzählt der Kanadier. Jetzt könne er dies mit den methodischen Kenntnissen des Zürcher Teams verbinden – eine einzigartige Kombination, die in der Fachwelt auf reges Interesse stösst, wie Anfragen von anderen Universitäten zeigen. Auch Ruedi Aebersold machte einen Grossteil seiner Forscherkarriere im Ausland. Nach dem Studium an der Universität Basel forschte er zwanzig Jahre lang in den USA und war Mitgründer des renommierten Instituts für System biologie in Seattle, bevor er 2004 in die Schweiz zurückkehrte, nicht zuletzt wegen der hervorragenden Rahmenbedingungen. «Im Gegensatz zu den USA kann man hier längerfristige Forschungsprojekte in Angriff nehmen», erklärt der Professor der ETH Zürich. «In Europa investieren die Hochschulen in die Infrastruktur; man hat Zeit, Forschungsvorhaben zu planen und umzusetzen.» In den USA hingegen müssten die Forschenden alle Fördermittel selbst beschaffen, die sich dann jeweils nur über eine Periode von drei bis vier Jahren erstreckten.

Den Planeten retten

Die langfristig gesicherte Forschungsfinanzierung war auch für Prof. Berend Smit der Hauptgrund, um aus den USA in die Schweiz zu wechseln. Der gebürtige Niederländer ist seit Juli 2014 Direktor des «Centre de l’énergie» der EPFL. Er arbeitete als Chemiker beim Ölkonzern Shell und war Direktor eines europäischen Labors in Lyon, bevor er im kalifornischen Berkeley eine Professur über-nahm. Ebenfalls in Berkeley übernahm er als Direktor die Leitung eines der Energy Frontier Research Centres des US-Energiedepartements. Sein Büro in Lausanne ist noch etwas leer, aber der international anerkannte Wissenschaftler ist voller Tatendrang und sprüht vor Energie, wenn er von seinen Ideen erzählt: «Ich will den Planeten retten», meint er lachend, angesprochen auf das langfristige Ziel seiner Arbeit – wohl wissend, dass die Ausgangslage Anlass zur Sorge gibt.

«Die Signale für die Klimaerwärmung sind eindeutig und besorgniserregend, und zurzeit ist es nicht möglich, sämtliche fossilen Energieträger durch erneuerbare zu ersetzen», sagt Berend Smit. «Aber man kann das Kohlendioxid aus Abgasen abscheiden und in geologischen Formationen speichern.» Das ist denn auch sein Spezialgebiet. In Zusammenarbeit mit chinesischen Forschenden hat er kürzlich ein schlammartiges Material entwickelt, das CO2-Moleküle effizient einfangen kann. Der Fachmann für molekulare Computersimulationen ist überzeugt: Das Abscheiden und Lagern von Kohlendioxid ist technisch realisierbar, aber der Prozess braucht derzeit zu viel Energie und ist daher noch zu teuer.

Der ambitionierte Wissenschaftler war der Wunschkandidat der Hochschule bei der Neubesetzung der Stelle. «Er ist ein hervorragender Forscher und Lehrer», sagt EPFL-Vizepräsident Prof. Philippe Gillet. Seine Berufung werde die Energieforschung an der Hochschule weiter stärken, denn er sei weltweit führend auf dem Gebiet der Abscheidung, Bindung und Speicherung von Kohlendioxid aus Gasmischungen. Berend Smit zählt die EPFL neben der ETH Zürich und den deutschen Max-Planck-Instituten zu den drei Top-Institutionen in Europa für eine akademische Karriere.

Originelle Ideen fördern

Gerade in der Energieforschung gelinge heute einem einzelnen Forschenden kaum mehr ein Durchbruch, sagt der Chemiker Berend Smit. «Es braucht Wissen auf verschiedenen Gebieten und unterschiedliche Blickwinkel, aus denen man ein Problem angeht.» Wie die ETH Zürich ziehe auch die EPFL Topkandidaten aus aller Welt an, sagt er und nennt ein Beispiel: Eine junge Chemikerin, die Angebote vom US-amerikanischen Massachusetts Institute of Technology und der EPFL hatte, entschied sich für die Schweizer Hochschule. «In Berkeley haben wir die Wissenschaftlerin auch interviewt», erzählt der Professor, «doch meine Kollegen fanden sie und ihre Forschung zu gewagt. Ich war froh, dass die EPFL ihr die Position gerade deshalb angeboten hatte, weil sie den Mut hat, ein hochinteressantes Forschungsvorhaben vorzuschlagen». Dass eine Hochschule auf originelle Ideen setzt und dafür auch bereit ist, etwas zu riskieren, findet der Wissenschaftler richtig. Nur so können grosse Fortschritte gelingen. Er freut sich auf den Aufbau eines neuen EPFL-Campus in Sion, wo sich ein junges Team in den nächsten Jahren voll auf seine wichtige Aufgabe konzentrieren soll: den Planeten retten, indem es die Kohlendioxid-Abscheidung und -Speicherung weiter entwickelt und neue Wege für den Einsatz von Wasserstoff in der Energiewirtschaft findet. «Das ist ein extrem attraktives Projekt», schwärmt Berend Smit. «Denn wir haben die Ressourcen, um ein weltweit führendes Institut zu werden.»

Mehr als die Hälfte der Professorenschaft an den beiden ETH stammen aus dem Ausland. «Die Schweiz hat zwar ausgezeichnete Talente, doch sie ist ein kleines Land», so Philippe Gillet. Um die hervorragende internationale Stellung des ETH-Bereichs aufrechtzuerhalten, sei es entscheidend, dass man die besten Forschenden und Lehrenden rekrutieren könne – «unabhängig von Herkunft und Nationalität». Nicht nur die Universitäten spüren in der kleinen Schweiz den Mangel an einheimischen Nachwuchstalenten, auch der Industrie fehlen Fachkräfte. «Der beschränkte Nachschub an hochqualifizierten Leuten wird von führenden Ökonomen als Engpass für das künftige Wachstum der Schweizer Wirtschaft gesehen», ist Berend Smit überzeugt. Die Ausbildung ausländischer MINT-Fachkräfte könnte zur Behebung dieses Mangels beitragen.

Internationales Umfeld: Gutes Training für Schweizer Studierende

Bei den Studierenden und Doktorierenden stammen fast die Hälfte aus dem Ausland. Das internationale Umfeld ist auch für die Schweizer Studierenden ein Vorteil: Sie erhalten so schon auf dem Weg zum Masterabschluss die Gelegenheit, sich darin zu bewegen und sich auf eine wissenschaftliche Karriere vorzubereiten. «Wir haben sehr gute Schweizer Studentinnen und Studenten», sagt Ruedi Aebersold, «die sich aber oft nur schwer in einer internationalen Gruppe von ambitionierten jungen Forschenden durchsetzen, weil die Konkurrenz sehr gross und ehrgeizig ist.» Dass sämtliche Institutionen im ETH-Bereich zur weltweiten Spitze gehören, zeigen die Veröffentlichungen von Forschungsergebnissen in Fachzeitschriften. Sie sind Ausdruck von Wissensgewinn und ermöglichen eine Qualitätskontrolle. Grosse Beachtung finden Publikationen im britischen «Nature» und US-amerikanischen «Science». Sie haben einen hohen sogenannten Impakt-Faktor. Veröffentlichungen in diesen Journalen gelten international als besonderer Leistungsausweis.

Weltweit besonders beachtet wurde 2014 die «Nature»-Publikation eines Teams unter der Leitung des PSI und der chinesischen Akademie für Wissenschaften CAS in Xi’an. Sie enthüllte, wie Chinas rekordhohe Feinstaubbelastung im Winter 2013 zustande kam. Die Forschenden fanden heraus, dass die «Airpokalypse» zu einem wesentlichen Teil durch sekundär gebildeten Feinstaub verursacht wurde. Im Gegensatz etwa zu Russ entsteht dieser erst in der Luft aus gasförmigen Vorläufersubstanzen, beispielsweise Schwefeldioxid, Stickoxiden und organischen Verbindungen aus Holzfeuerungen. «Ein chinesischer Postdoktorand, der bei uns am PSI arbeitet, stellte die Verbindung zur Gruppe in Xi’an her», sagt André Prévôt, der Leiter der Gruppe «Gasphasen- und Aerosolchemie». So erhielt das Schweizer Team Feinstaubfilter aus China, die es im Labor am PSI mit einem breiten Spektrum von Mess- und Analysetechniken untersuchen konnte.

Forschung mit globaler Relevanz

Die in «Nature» veröffentlichte Arbeit löste ein grosses Medienecho aus. Die Luftverschmutzung in China betreffe viele Leute und habe eine globale Relevanz, so der Atmosphärenphysiker: «Das ist auch eine grosse Motivation für uns Forschende und macht die Arbeit besonders spannend.» Da die Situation in China komplexer ist als in der Schweiz, mussten sie eine neue Methode zur Feinstaubanalyse entwickeln. «Diese Methode können wir nun auch hier anwenden», erklärt André Prévôt den direkten Nutzen für die Schweiz.

«Durch internationale Zusammenarbeit lassen sich Arbeiten umfassender oder effizienter und schneller durchführen», sagt Prof. Niklaus Zimmermann, Direktionsmitglied der WSL. Der Makroökologe war Co-Leiter eines EU-Projekts, in dem u. a. Szenarien entwickelt wurden, die aufzeigen, wie sich der Klima- und Landnutzungswandel auf die Biodiversität auswirkt. «Internationale Teams vereinen hohe Kompetenzen aus unterschiedlichen Fachgebieten», sagt Niklaus Zimmermann. «Dadurch eröffnen sich oft neue Wege, innovative Analysen und schlicht Resultate von höherer Sichtbarkeit.» Er profitierte persönlich vor allem vom Aufbau eines europaweiten Netzwerks in seinem Fachgebiet. «Ist man konstruktiv und produktiv tätig, funktionieren solche Netzwerke auch ohne konkrete Projekte weiter, und es können daraus sogar lang anhaltende Freundschaften entstehen», sagt Niklaus Zimmermann.

Gerade bei politisch relevanten Forschungsgebieten drängt sich ein Blick über die Grenze auf. Das betont Adriano Joss, Prozess ingenieur an der Eawag. Er ist Co-Leiter eines EU-Projekts zur biologischen Abwasserreinigung. Ziel des Forschungsvorhabens ist ein besseres Verständnis des mikrobiellen Abbaus von organischen Schadstoffen, z. B. aus Antibiotika, Schmerzmitteln oder Bioziden. In den nächsten Jahren werden rund 100 der insgesamt gut 700 Abwasserreinigungsanlagen in der Schweiz mit einer weiteren Reinigungsstufe ausgestattet, um Mikroverunreinigungen zu beseitigen. «Der Steuerzahler gibt dafür zehn bis zwanzig Franken pro Jahr aus», sagt Adriano Joss. «Da fragt man automatisch: Wie sieht das im Ausland aus?» In der Schweiz gebe es zwar sehr gute Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, doch die Abwasserforschung sei ein überschaubares Gebiet. Deshalb sei die internationale Kooperation wichtig.

Fabriken der Zukunft

Auch die Wirtschaft profitiert von den EU-Projekten. Wie man diversen EU-Berichten entnehmen kann, ging rund ein Drittel der Fördermittel aus dem 7. Forschungsrahmenprogramm (FRP 7) an die Industrie. Prof. Frank Nüesch führt an der Empa die Abteilung «Funktionspolymere». Er leitet das europäische EU-Forschungsprojekt TREASORES, an dem insgesamt 19 Partner aus der Schweiz, Deutschland, Grossbritannien, Finnland und Spanien beteiligt sind – Universitäten, Technologieinstitute und Firmen. «Ziel ist, ein wettbewerbsfähiges Produkt zu entwickeln und damit die Industrie in Europa vorwärtszubringen», sagt der Koordinator. Dabei geht es um organische Solarzellen und Leuchtdioden, die in Zukunft in Quadratmetermengen zu einem günstigen Preis erhältlich sein sollen.

Bei den Solarzellen aus Plastik fängt ein Farbstoff das Sonnenlicht ein. Damit daraus Strom entsteht, braucht es mehrere Schichten aus organischen Halbleitern und Elektrodenmaterial sowie Barrieren, die die Zellen vor Wasser und Sauerstoff schützen. Werden diese Schichten auf ein flexibles Trägergewebe aufgebracht, kann man den Herstellungsprozess im so genannten Rolle-zu-Rolle-Verfahren abwickeln. Die aktiven Schichten auf Farbstoff- und Polymerbasis lassen sich auf den Bahnen am Laufmeter aufdrucken, trocknen und wieder aufrollen. Was im Labor bereits funktioniert, wollen Frank Nüesch und seine Kolleginnen und Kollegen im Rahmen des EU-Programms «Factories of the Future» für den grossen industriellen Massstab weiter entwickeln.

Aufträge für Schweizer Industrie

«Um dieses Ziel zu verwirklichen, braucht es die europäische Zusammenarbeit», sagt der Empa-Forscher, der international zu den Pionieren auf dem Gebiet der organischen Optoelektronik gehört. «In der Schweiz allein würden wir die Partner für dieses Vorhaben nicht finden.» Die billigen Solarzellen und Leuchtelemente sollen in Zukunft in Cambridge und München produziert werden. Schweizer Firmen können trotzdem vom EU-Projekt profitieren, als Zulieferer für die Grossindustrien. Eine Firma in Thal, die Gewebe für Siebdruck und Filterprozesse herstellt, entwickelt ihr Material mit Hilfe der Empa-Forschenden weiter, so dass es als transparentes, leitfähiges Trägermaterial dienen kann. «Ein originelles, kostengünstiges Konzept», urteilt der Fachmann und zeigt verschiedene Proben, die im Labor in Dübendorf getestet werden.

Ein zweites Schweizer Unternehmen, das sich am EU-Projekt beteiligt, stellt Folien für die Nahrungsmittelverpackung her – ebenfalls ein Kandidat für ein transparentes und undurchlässiges Trägermaterial. «Mit der Entwicklung des Rolle-zu-Rolle-Produktionsprozesses sensibilisieren wir aber auch die Schweizer Maschinen industrie für den Bau von Beschichtungsanlagen», sagt Frank Nüesch. «Nicht nur für die Empa ist das EU-Projekt ein grosser Gewinn.»

Die Fachleute sind überzeugt: Mit Hilfe der Forschungsresultate aus dem gesamten ETH-Bereich lassen sich Lösungen für drängende Probleme finden. Denn die technologische Innovation wird von Spitzenleistungen in Forschung und Bildung angetrieben. Daraus entstünden ökonomische Chancen für Schweizer Unternehmen und öffentliche Institutionen, sagt EPFL-Vizepräsident Philippe Gillet. «Die Schweiz ist eines der innovativsten Länder, von dieser Dynamik profitiert die ganze Gesellschaft und Wirtschaft.» Und unsere Hochschulabsolvierenden seien dabei die wichtigen Akteure von morgen.