Wie ein dichter Wald umgibt die Glykokalyx mit ihren kurzen Glykolipiden, längeren Glykoproteinen und hoch ausgreifenden Proteoglykanen jede Zelle. Sie enthält sehr viel Wasser, das ihr unter dem klassischen Elektronenmikroskop entzogen wird. Mit konventionellen Präparationsmethoden ist sie darunter deshalb nur in kollabiertem Zustand sichtbar. Die herkömmliche Lichtmikroskopie wiederum hat mit etwa 250 Nanometern eine zu geringe Auflösung, als dass sie einen genauen Einblick in die Strukturen der Zuckerhülle unserer Zellen geben könnte. So fristete die Glykokalyx Jahrzehnte lang ein Schattendasein in der Struktur- und Molekularbiologie, wenngleich immer mehr Mediziner deren Bedeutung für das Herz-Kreislauf-System, die körpereigene Abwehr und die Entstehung von Krebs erahnten.

In seiner Doktorarbeit über die „süße Seite der Membran“, die er zum Abschluss seines Chemiestudiums an der Münchener Ludwig-Maximilians-Universität vorlegte, stieß auch Leonhard Möckl an die methodischen Grenzen der traditionellen Glykokalyx-Forschung. Das motivierte ihn dazu, als Postdoktorand die Technik der hochauflösenden Einzelmolekül-Lichtmikroskopie zu erlernen. Er bewarb sich mit Erfolg im Labor von W. E. Moerner in Stanford, der als einer der Erfinder dieser Technik 2014 mit einem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet worden war. Als er 2016 seine Arbeit in Stanford begann, traf Möckl dort auch auf Carolyn Bertozzi. Sie hatte das Prinzip der Click-Chemie auf lebende Zellen übertragen, und würde sich dafür mit deren Erfindern den Chemienobelpreis 2022 teilen. Unter der Supervision beider Koryphäen kombinierte Möckl deren Methoden, womit es ihm gelang, die Glykokalyx zwei- und dreidimensional in einer 20-fach besseren Auflösung als bisher darzustellen.

Die von Moerner mitentwickelte Hochauflösungsmikroskopie überwindet die traditionellen Grenzen im ersten Schritt dadurch, dass sie zu dicht nebeneinander liegende Moleküle daran hindert, zur selben Zeit Licht auszustrahlen, indem sie diese mit variabel schaltbaren Fluoreszenzmarkern bestückt. Für die Glykokalyx funktionierte das aber nicht, denn ihre Zucker sind meist das Ergebnis post-translationaler Modifikationen und lassen sich deshalb nicht mit genetisch codierten Fluoreszenzproteinen ausstatten. Eine Markierung mittels Immunfluoreszenz andererseits wäre für Zucker zu unspezifisch und könnte Fehlfärbungen verursachen. Zur Lösung dieses Problems brachte Möckl die Click-Chemie ins Spiel: Er fütterte lebende Zellen mit Zuckern, die er vorher mit Azid-Gruppen (N3) versehen hatte, den klassischen Kupplungen der Click-Chemie. Die Zellen bauten diese Zucker in ihre Glykokalyx ein. Deren Azid-Kupplungen konnten nun mit einem Klick passende Farbmarker anhängen.

Beflügelt von dem Spirit von Stanford, wo „eine ständige Offenheit gegenüber neuen Ideen“ herrsche, kehrte Möckl 2020 als Forschungsgruppenleiter an das Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts in Erlangen zurück. Dort machte er sich zusammen mit einem exzellenten Team daran, noch tiefer und genauer in die Glykokalyx hineinzuzoomen. Mit Erfolg: 2025 veröffentlichte Nature Nanotechnology seinen Expeditionsbericht über den Vorstoß in den Ångström-Bereich der Zuckerhülle. Ein Schlüssel zu diesem Erfolg war die Anwendung eines von Ralf Jungmann in München erfundenen Verfahrens, das statt Fluoreszenzmarkern DNA-Sonden einsetzt, die die Moleküle zu buntem Blinken bringen.

Inzwischen hat Möckl damit begonnen, einen Atlas der Glykokalyx verschiedener Zelltypen und -zustände anzulegen. In der ersten Publikation dazu hat er vermerkt, dass Krebszellen ihre Zuckerhülle zur Tarnung vor dem Immunsystem vergrößern. Er vermerkte aber auch, dass T-Zellen ihre Glykokalyx innerhalb von Minuten umbauen, wenn sie in Alarm versetzt worden sind. „Wenn die räumliche Organisation der Glykokalyx den Zustand einer Zelle widerspiegelt, ist das eine neue Variable für die Diagnostik“, sagt Leonhard Möckl, der seit 2024 auch eine befristete Professur an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) innehat. „Wenn diese Organisation gezielt verändert werden kann, ist das ein neuer Angriffspunkt für Therapien.“ – „Mit genialem Geschick hat Leonhard Möckl neueste Methoden der Mikroskopie und der Chemie miteinander verknüpft. Damit hat er der Biologie erstmals den Blick in eine Struktur eröffnet, deren klinische Relevanz nicht zu unterschätzen ist“, sagt Prof. Werner Müller-Esterl, Vorsitzender der Jury des Life Sciences Bridge Award. „Wir möchten ihm mit diesem Preis über die Brücke zu einer unbefristeten Professur helfen.“

Der Life Sciences Bridge Award ist einer der höchstdotierten Nachwuchspreise Deutschlands. Er wird jährlich an drei Nachwuchsforschende vergeben, die an deutschen Universitäten forschen. Sie erhalten jeweils 100.000 Euro. Zehn Prozent davon dürfen sie für persönliche Zwecke nutzen, der Rest ist der Finanzierung ihrer Forschung vorbehalten.

Die Aventis Foundation ist eine unabhängige, gemeinnützige Stiftung mit Sitz in Frankfurt am Main. Sie dient der Förderung von Kunst und Kultur sowie von Wissenschaft, Forschung und Lehre.

L. Möckl, K. Pedram, A. R. Roy, V. Krishnan, A.-K. Gustavsson, O. Dorigo, C. Bertozzi, and
W.E. Moerner (2019). Quantitative Super-Resolution Microscopy of the Mammalian Glycocalyx. Developmental Cell ; 50, 57, https://doi.org/10.1016/j.devcel.2019.04.035

K. Almahayni, L. Masullo, I. Pachmayr, M. Honsa, L. Heinze, S. Fritsche, H. Grabmayr, R.
Jungmann, and L. Möckl (2025). Ångström-resolution imaging of cell-surface glycans. Nature
Nanotechnology ; 20, 1457.https://doi.org/10.1038/s41565-025-01966-5