NEUES FORSCHUNGSZENTRUM: EINE MILLION EURO FÜR DIE LIPID-FORSCHUNG AN DER TU KAISERSLAUTERN
Welche Rolle spielen Lipide bei Krankheiten wie Alzheimer? Welche Funktion kommt ihnen in menschlichen Zellen zu? Wie können Pflanzen dank ihnen auf Temperaturschwankungen reagieren? Solchen Fragen gehen Forscher an der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) nach. Um ihre Arbeiten in der Lipid-Forschung zu bündeln und weiter voranzubringen, richtet die Carl-Zeiss-Stiftung das CZS-Zentrum für Lipidomics (CZSLip) ein. Sie stellt dazu für die nächsten vier Jahre eine Million Euro bereit. 13 Arbeitsgruppen aus Biologie, Chemie und Physik werden hier interdisziplinär forschen. Ziel ist es unter anderem, molekulare Grundlagen zu verstehen, um etwa Therapien für Krankheiten zu entwickeln.
„Mit der Förderung stärkt die Carl-Zeiss-Stiftung den strategischen Forschungsschwerpunkt ‚Membran- und Systembiologie’ der Technischen Universität Kaiserslautern und trägt zur Weiterentwicklung des noch relativ jungen, aber zukunftsweisenden Forschungsgebiets ‚Lipidomics’ bei“, so Theresia Bauer, Vorsitzende der Stiftungsverwaltung der Carl-Zeiss-Stiftung.
Lipid-Moleküle sind der Hauptbestandteil von Membranen. Diese grenzen Zellen von ihrer Umgebung ab und sorgen auch in deren Inneren für eine Unterteilung. Lipiden kommen wichtige Aufgaben zu: Sie versorgen beispielsweise die Zelle mit Nährstoffen und gewährleisten die Kommunikation der Zellen untereinander.
In menschlichen Zellen gibt es mehrere Hunderte verschiedene Lipidarten. „Bislang wissen wir sehr wenig über die genaue Rolle und Funktion dieser Moleküle“, sagt Professor Dr. Sandro Keller vom Fachgebiet Molekulare Biophysik und Sprecher des neuen Forschungszentrums an der TUK. Fehlfunktionen hierbei können zu verschiedenen Krankheiten führen. Bei Alzheimer zum Beispiel diskutiert die Wissenschaft, dass Störungen des Lipid-Stoffwechsels der Nervenzellen eine Ursache sein könnten. „Über die Hälfte der medizinischen Wirkstoffe setzt an Proteinen an, die in Lipidmembranen eingebettet sind“, fährt Keller fort. „Von daher ist es umso wichtiger, zu verstehen, wie sie auf molekularer Ebene funktionieren.“
Im CZS-Zentrum für Lipidomics (CZSLip) werden insgesamt 13 Arbeitsgruppen aus Biologie, Chemie und Physik die Gesamtheit der Lipide in den Blick nehmen. In diesem Zusammenhang sprechen Fachleute auch von „Lipidomics“, was vergleichbar ist mit „Genomics“, einer Disziplin, die die Ganzheit aller Gene zu verstehen versucht. Ziel des Zentrums ist es, molekulare, zelluläre und physiologische Grundlagen des Lipid-Stoffwechsels und der Membranbiologie zu verstehen. Zudem sollen diese Erkenntnisse neue Anwendungen in der Lipid-Nanotechnologie ermöglichen, um künftig etwa schwere Krankheiten zu therapieren.
Dabei gehen die Forscherinnen und Forscher auch neue Wege. „Wir kombinieren zwei Methoden, die wir auf dem Campus schon lange nutzen, die Kernmagnetresonanzspektroskopie und die Massenspektrometrie“, sagt Keller. „Damit sind wir derzeit die einzige Forschungseinrichtung in Deutschland, die beide Verfahren auf diesem Gebiet derart verbindet.“ Die Techniken geben Aufschluss über die chemische Struktur von und die Mengen an verschiedenen Molekülen und erlauben es so, Rückschlüsse auf deren Funktion in biologischen Prozessen zu ziehen.
Seit Jahren wird an der TUK auf dem Gebiet der Membranbiologie geforscht: Professor Dr. Eckhard Friauf untersucht etwa die Zusammensetzung von Lipiden an den Synapsen von Nervenzellen. Professor Dr. Ekkehard Neuhaus geht im Sonderforschungsbereich „The Green Hub“ (SFB/TRR 175) der Frage nach, wie Pflanzen es schaffen, sich an klimatische Veränderungen anzupassen. Sie steuern solche Prozesse unter anderem über Membranlipide. Im Rahmen der Forschungsinitiative Rheinland-Pfalz nimmt der Schwerpunkt „BioComp – Complex Data Analysis in Life Sciences and Biotechnology” unter Sprecherschaft von Professor Dr. Michael Schroda Moleküle wie Membranlipide unter die Lupe. Auch im Vorgänger-Projekt „Research Initiative in Membrane Transport“ unter Leitung von Professor Dr. Johannes Herrmann ging es bereits um Transportprozesse an Lipidmembranen.
Keller selbst hat in seiner Forschung eine Technik entwickelt, mit der er Membranproteine mitsamt ihrer natürlichen Lipid-Umgebung isolieren und sie anschließend in ihrer biologisch aktiven Form untersuchen kann. „Es ist vergleichbar mit einer Ausstanzform für Plätzchen. Auf diese Weise können wir die Wirkweise von Membranproteinen besser erforschen“, erklärt er. „Bislang war der Aufwand dafür sehr viel höher.“
Darüber hinaus forscht der wissenschaftliche Nachwuchs in diesem Bereich. Im internationalen Graduiertenkolleg (IRTG 1830) „Complex Membrane Proteins in Cellular Development and Disease“ unter Sprecherschaft von Professor Dr. Ekkehard Neuhaus, das die TUK gemeinsam mit der kanadischen University of Alberta in Edmonton und der Universität des Saarlandes durchführt, untersuchen Doktorandinnen und Doktoranden ausgewählte Membranproteine, deren Fehlfunktionen im Zusammenhang mit schwerwiegenden Erkrankungen des Menschen stehen, etwa Mukoviszidose und Krebs, oder Auswirkungen auf Entwicklungs- und Anpassungsprozesse tierischer und pflanzlicher Zellen haben.
Das CZS-Zentrum für Lipidomics wird seine Arbeit zum 1. Oktober aufnehmen und ist eingebettet in den Forschungsschwerpunkt „Membran- und Systembiologie“. Dazu wird es eng mit dem Sonderforschungsbereich „The Green Hub“ und dem Forschungsschwerpunkt BioComp zusammenarbeiten. Universitätspräsident Professor Dr. Helmut J. Schmidt zeigt sich erfreut über die neue Förderung: „Ich gratuliere Herrn Keller und allen Beteiligten herzlich zu diesem großen Erfolg. Das Zentrum wird unseren Forschungsschwerpunkt weiter stärken.“
Neben Professor Keller gehören Professorin Dr. Elke Richling aus der Chemie sowie die Professoren Dr. Johannes Herrmann, Dr. Ekkehard Neuhaus und Dr. Michael Schroda aus der Biologie dem Vorstand an. Beteiligt am Zentrum sind folgende Professoren und ihre Arbeitsgruppen: Prof. Nicole Frankenberg-Dinkel, Prof. Eckhard Friauf, Prof. Johannes Herrmann, Prof. Sandro Keller, Prof. Stefan Kins, Jun.-Prof. Bruce Morgan, Jun.-Prof. Timo Mühlhaus, Prof. Ekkehard Neuhaus und Prof. Michael Schroda aus dem Fachbereich Biologie, Prof. Marcel Deponte, Prof. Hans-Jörg Krüger und Prof. Elke Richling aus dem Fachbereich Chemie sowie Prof. Rolf Diller aus dem Fachbereich Physik.
Die Carl-Zeiss-Stiftung unterstützt das Vorhaben in ihrem Programm zur Stärkung der Forschungsstruktur mit einer Million Euro für vier Jahre. Die Stiftung hat sich zum Ziel gesetzt, Wissenschaft und Forschung in den Natur- und Ingenieurwissenschaften in Baden-Württemberg, Rheinland-Pfalz und Thüringen zu fördern.