Drei Momentum-Förderungen an der Universität Tübingen Fast drei Millionen für herausragende Forschungsprojekte

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Virusinfektionen besser verstehen. Lichtquellen effizienter machen. Und neue Antibiotika entdecken. Mit diesen Projekten sichern sich drei Professoren der Uni Tübingen Momentum-Förderungen von je rund 900.000 Euro. Ein Blick auf ihre Arbeiten.

Die Universität Tübingen hat gleich für drei erstberufene Professoren eine Momentum-Förderung eingeworben. Diese erhalten jeweils mehr als 900.000 Euro zur wissenschaftlichen Weiterentwicklung. Gefördert werden Professorin Rosa Lozano-Durán vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen, Professor Marcus Scheele vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie und Professorin Nadine Ziemert vom Interfakultären Institut für Mikrobiologie und Infektionsmedizin.

Mit der „Momentum-Förderung für Erstberufene“ unterstützt die Volkswagen-Stiftung Professoren in den ersten Jahren nach ihrer Berufung. Sie sollen Spielraum erhalten, um ihre Forschungsarbeit langfristig weiterzuentwickeln oder sich mit neuen Themen zu beschäftigen. Die hochdotierte Förderung wird für einen Zeitraum von vier Jahren bewilligt, eine Weiterbewilligung von zwei Jahren ist möglich. Deutschlandweit hat die Volkswagen-Stiftung in diesem Jahr nur elf Anträge bewilligt.

1) Einblick ins Infektionsgeschehen: Wie Viren den Zellkern umorganisieren

Lozano-Durán will mit ihrem Momentum-Vorhaben „Newclear – Einblick in den viralen Umbau des Kerns“ die Vorgänge in infizierten Zellen genau untersuchen.

Bei der Infektion übernehmen Viren Kontrolle über die Zelle, um sie für ihre eigene Vermehrung und Ausbreitung zu nutzen. Lozano-Duráns Arbeitsgruppe untersucht diese Vorgänge bei Geminiviren, die Pflanzen befallen. Diese Viren können bei Nutzpflanzen weltweit verheerende Krankheiten verursachen. Kürzlich bestätigte die Forscherin frühere Beobachtungen, dass diese Viren in den infizierten Zellen einen tiefgreifenden Umbau des Kerns bewirken. Dabei wird die DNA der Pflanze an den Rand des Kerns gedrängt, und im Zentrum des Kerns wird eine potenzielle Fabrik für die Vervielfältigung der Viren aufgebaut. Bestimmte Pflanzen- und Virenproteine werden dieser Struktur hinzugefügt. Ähnliche Beobachtungen zum Umbau des Zellkerns wurden an Viren gemacht, die tierische Zellen befallen. Bisher ist jedoch wenig darüber bekannt, wie diese Fabrik entsteht und was sie beinhaltet.

Das Projekt von Rosa Lozano-Durán

In dem Momentum-Projekt will Lozano-Durán die Prozesse verstehen, die zur Bildung dieser andersartigen Kernstruktur führen, wie auch, welche Folgen dies für die Biologie sowohl der Viren wie auch der pflanzlichen oder tierischen Wirte hat.

Um dieses Vorhaben anzugehen, muss sie zwei Voraussetzungen schaffen: Zum einen wird sie ihre bisher verwendeten Modellviren um weitere Varianten erweitern. Sie sollen nicht nur Pflanzen infizierende Viren umfassen, sondern auch solche Viren, die menschliche Zellen infizieren und von denen bekannt ist, dass sie einen Kernumbau bewirken. Zum zweiten muss ein spezielles Gerät zur Lasermikrodissektion beschafft werden, mit dem in einem mikroskopischen Verfahren Gewebeschnitte und Zellen mithilfe eines fokussierten Laserstrahls zerteilt werden können. Damit können die Kerne infizierter Zellen in verschiedenen Stufen des vireninduzierten Umbaus isoliert werden. So können die neu entdeckten Vorgänge auf molekularer Ebene erfasst werden. Lozano-Durán denkt dabei auch an neue Strategien zur Bekämpfung von Virusinfektionen, die auf ganz unterschiedliche Lebewesen anwendbar wären.

Weiterführende Literatur: Publikationen der Arbeitsgruppe Lozano-Durán

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2) Lernen von Proteinen: Verbesserte Quantenpunkt-Lichtquellen

Scheele forscht an der Erzeugung von hochgeordneten Superkristallen aus kolloidalen Quantenpunkten, die als energieeffiziente Lichtquellen genutzt werden können. Sein Momentum-Vorhaben trägt den Titel „Mit Methoden der Proteinkristallisation zu neuen Quantenpunkt-Lichtquellen“.

Kolloidale Quantenpunkte (QDs) sind winzige Halbleiterkristalle, deren Größe im Nanometerbereich liegt. Sie werden häufig als „künstliche Atome“ bezeichnet, da sie viele Analogien zu echten Atomen aufweisen, einschließlich ihrer Fähigkeit zur Selbstanordnung in kristallinen Strukturen. Diese so genannten Superkristalle können mit maßgeschneiderten Eigenschaften versehen werden. Derzeit zugängliche QD-Superkristalle sind allerdings noch von geringer kristalliner Qualität, d.h., ihre innere Struktur ist nicht so regelmäßig und fehlerfrei, wie man es sich für ideale Anwendungen wünschen würde. Grund dafür sind die besonderen Schwierigkeiten bei der Kristallisation von makromolekularen Bausteinen wie QDs. Der Entwicklungsstand von QD-Superkristallen heute ist vergleichbar mit den Anfängen der Kristallisation von Proteinen, die in vielen Jahrzehnten der kontinuierlichen Entwicklung spezielle Techniken hervorgebracht hat, die die besonderen Anforderungen der Kristallisation von Makromolekülen berücksichtigen.

Das Projekt von Marcus Scheele

Scheeles Hauptziel im Momentum-Projekt ist die Adaptation und Abwandlung solcher Techniken für die Herstellung von QD-Superkristallen mit bisher unerreichter kristalliner Qualität.

Dafür plant er, mit führenden Forschungsgruppen auf dem Gebiet der Proteinkristallisation zusammenzuarbeiten, um diejenigen Techniken mit dem größten Potenzial für das Wachstum von QD-Superkristallen zu identifizieren. Diese Techniken will er in Tübingen etablieren. Die so erhaltenen neuen QD-Superkristalle werden Anwendung finden als Lichtquellen und in Displays, die deutlich energieeffizienter und verbrauchsärmer sind als herkömmliche Technologien.

Weiterführende Literatur: Publikationen der Arbeitsgruppe Scheele

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3) Eine Pipeline zur Vorhersage und Produktion neuer Antibiotika

Wie lassen sich neue Antibiotika schneller entdecken? Diese Frage steht im Zentrum des Momentum-Vorhabens von Ziemert. Mit dem Projekt „Eine durch maschinelles Lernen gesteuerte Pipeline zur Vorhersage und Herstellung neuer Antibiotika“ will sie die Suche nach dringend benötigten Wirkstoffen gegen krankheitserregende Bakterien systematisch angehen und beschleunigen.

Bakterien produzieren natürlicherweise eine Vielzahl chemischer Verbindungen, so genannte Sekundärmetabolite. Mit diesen Stoffen reagieren sie flexibel auf Umweltveränderungen. Aus menschlicher Perspektive stellen sie ein bedeutendes Reservoir für die Entwicklung neuer Wirkstoffe dar – insbesondere angesichts wachsender Resistenzen vieler Krankheitserreger gegen vorhandene Antibiotika. Zwar konnten dank Fortschritten in der Genomik und verbesserten Sequenziertechnologien bereits erste Wirkstoffe identifiziert werden, doch viele potenzielle Substanzen bleiben bislang unentdeckt, da sie entweder unter normalen Bedingungen nicht von den Bakterien produziert werden oder aus nicht kultivierbaren Mikroorganismen stammen.

Das Projekt von Nadine Ziemert

Ziemert nutzt in ihrem Projekt aktuelle Methoden aus der Mikrobiologie und Bioinformatik, um das so genannte Genome Mining weiterzuentwickeln.

Ziel ist es, genetisch kodierte Biosynthesewege mit potenziellen Zielmolekülen anderer Krankheitserreger in Zusammenhang zu setzen und so gezielt neue Wirkstoffe vorherzusagen und zu produzieren. Dafür kombiniert sie Algorithmen des maschinellen Lernens mit Methoden der synthetischen Biologie und Molekularbiologie.

Weiterführende Literatur: Publikationen der Arbeitsgruppe Ziemert

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