Neue Stiftungsprofessur für Nanophysiologie: Der zellulären Ordnung auf der Spur

Dank modernster, hochauflösender Mikroskopie kann man sogar das Zellskelett (grün) der Nervenzelle einer Fliege sowie die Kontaktstellen (rot) mit anderen Zellen sichtbar machen. (Foto: Prof. Jan Pielage)

Professor Sandro Keller, Prodekan des Fachbereichs Biologie

Was in Zellen exakt auf Nanoebene passiert, ist für die Forschung bislang noch ein Rätsel. Wie ordnen sich Strukturen, etwa Membranen und Enzymkomplexe, in einer Zelle an? Woher weiß eine Zelle, wo vorne, hinten, unten und oben ist? Wie entstehen räumlich und zeitlich aufeinander abgestimmte Strukturen? Antworten darauf soll die Stiftungsprofessur für Nanophysiologie an der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) liefern. In den ersten fünf Jahren wird sie von der Carl-Zeiss-Stiftung mit einer Million Euro gefördert. Ziel ist es, die Musterbildung in Zellen auf molekularer Ebene besser zu verstehen, um so auch Ursachen für Krankheiten zu finden, etwa Erkrankungen der Nerven.

Ob die Flecken auf dem Fell von Leoparden und Giraffen oder die Streifen beim Zebra – wie solche Muster während der embryonalen Entwicklung entstehen, hat die Forschung mittlerweile gut untersucht. „Gene, die nur in bestimmten Zellen und nur zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Entwicklung abgelesen werden, spielen hierbei eine wichtige Rolle“, sagt Professor Dr. Sandro Keller, Prodekan des Fachbereichs Biologie an der TUK, in dem die neue Professur angesiedelt sein wird.

Ähnliche Prozesse finden auch auf molekularer Ebene statt – in einem Bereich, der für das menschliche Auge nicht direkt ersichtlich ist. Wie wichtig es ist, dass eine solche Ordnung auch hier stattfindet, zeigt zum Beispiel das Weiterleiten von Informationen bei Nerven. Eine räumlich und zeitlich exakt koordinierte Anordnung von Synapsen an den Nervenzellen ist ausschlaggebend dafür, dass die Informationen zwischen ihnen korrekt verarbeitet werden können.

Auch das Cytoskelett, das Skelett der Zellen, das Bewegungs- und Transportvorgänge steuert, unterliegt einer genauen Anordnung. Generell handelt es sich bei Zellen um hochkomplexe Gebilde, bei denen etwa Mitochondrien, die Kraftwerke der Zellen, oder Proteinkomplexe an Membranen in einem bestimmten Muster angeordnet sind. „Was allerdings genau auf molekularer Ebene passiert, wie Zellen diese Ordnung bilden und sie über Monate oder Jahre funktionsfähig halten und sie gleichzeitig an ändernde Bedingungen anpassen, ist noch nicht im Detail verstanden“, so Keller weiter.

Die Stiftungsprofessur, gefördert von der Carl-Zeiss-Stiftung, wird sich künftig solchen Fragestellungen widmen. Dabei kommen unter anderem höchstauflösende Mikroskope zum Einsatz, die Einblick in den Nanokosmos gewähren. „Mit herkömmlichen Lichtmikroskopen können wir nur bis zu ungefähr einem Drittel eines Mikrometers in das Innere von Zellen blicken“, sagt Keller. „Aber für den Nanobereich eignet sich diese Technik nicht.“

Hier sind neue Mikroskopie-Techniken gefragt, die derzeit die biologische Forschung revolutionieren und dank der neuen Professur nun auch an der TUK zum Einsatz kommen werden. Um die große Menge von Daten und Bildern digital zu verarbeiten, ist eine enge Zusammenarbeit mit den Fachbereichen Mathematik und Informatik sowie dem Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM geplant.

Die Ergebnisse werden nicht nur dabei helfen, grundlegende zelluläre Prozesse zu verstehen, sondern auch molekulare Ursachen für Krankheiten zu finden, wie etwa Nervenerkrankungen oder Entwicklungsstörungen. Die neue Professur für Nanophysiologie soll 2018 besetzt werden und den Forschungsschwerpunkt Membran- und Systembiologie der TUK weiter stärken.

Professor Dr. Arnd Poetzsch-Heffter, Vizepräsident für Forschung und Technologie, freut sich über die neue Professur: „Damit können wir zum einen den Forschungsschwerpunkt mit einem inhaltlich wichtigen Themenbereich stärken und zum anderen die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen den Fachbereichen der TUK untereinander und mit dem Fraunhofer ITWM ausbauen. Ich gratuliere allen Beteiligten zu diesem Erfolg.“

Theresia Bauer, Vorsitzende der Stiftungsverwaltung der Carl-Zeiss-Stiftung, erläutert die Förderentscheidung: „Mit der Förderung der Stiftungsprofessur ermöglicht es die Carl-Zeiss-Stiftung der TU Kaiserslautern ihren bereits heute starken Forschungsschwerpunkt Membran- und Systembiologie weiter auszubauen. Dies ergänzt unsere bereits laufende Förderung des Zentrums für Lipidomics und folgt dem Grundsatz der Stiftung, sich bei der Förderung an den akademischen Stärken der Antragssteller und deren strategischer Ausrichtung zu orientieren.“