Max-Planck-Institut für Biochemie

Max-Planck-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben 2024 viele hochkarätige Veröffentlichungen publiziert. Wir haben eine Auswahl getroffen und stellen Ihnen zwölf Highlights vor

Max-Planck holt zwölf Synergy Grants und liegt damit im ERC-Ranking auf Platz eins

Räumliche Proteomik liefert Therapieansatz für Patienten mit toxischer epidermaler Nekrolyse

Wodurch und wann entsteht Krebs? Warum gibt es gutartige oder bösartige Tumore und was macht sie bösartig? Der Forschungsgruppe vom Matthias Mann am Max-Planck-Institut für Biochemie ist es gelungen, eine neue Art der Diagnose zu entwickeln, mit der sich Antworten auf diese Fragen finden lassen.

Drei Proteinkomplexe arbeiten wie die Bauteile einer Maschine zusammen

Im Freundeskreis diskutieren, ein Konzert genießen, bei Straßenlärm telefonieren – Menschen mit Hörproblemen bleiben alltägliche Höreindrücke oft verwehrt. Tobias Moser will den Betroffenen mit einer neuen Generation von Hörhilfen neue Klangwelten zugänglich machen. Die sogenannten optischen Cochlea-Implantate sind ein Beispiel für Therapien, die auf Erkenntnissen aus der Grundlagenforschung beruhen.

Wissenschaftler oder Firmengründer – dank Axel Ullrich ist das für die Max-Planck-Gesellschaft kein Widerspruch mehr: Er ist beides. Unzählige Veröffentlichungen und Ehrungen, zwei bahnbrechende Krebsmedikamente, sechs Firmengründungen und über 100 Patente zeugen davon. Der frühere Direktor am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried hat die Verbindung von Grundlagenwissenschaft und angewandter Forschung in der Max-Planck-Gesellschaft maßgeblich vorangetrieben.

In der Bibel entsteht die Schöpfung Schritt für Schritt: erst das Licht, dann Wasser und Land bis hin zu den Landtieren und dem Menschen. Aus wissenschaftlicher Sicht sind die Bestandteile des Lebens aber vielleicht nicht nacheinander, sondern gleichzeitig entstanden – davon ist zumindest Hannes Mutschler am Max-Planck-Institut für Biochemie überzeugt. In Martinsried bei München erforschen er und seine Kollegen, welche Rolle RNAMoleküle bei der Entstehung des Lebens gespielt haben.

Irgendwann vor etwa vier Milliarden Jahren begann sich das Leben abzukapseln. Die ersten Zellen entstanden – geschützte Räume, die den Zusammenschluss komplexer Moleküle begünstigten. Petra Schwille vom Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried und Rumiana Dimova vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam loten Grenzen zellulären Lebens aus. Die beiden Forscherinnen untersuchen die Dynamik von Biomembranen.

Der menschliche Körper besteht aus Zigtausenden Proteinen. Diese kommen in unterschiedlichen Varianten vor, zudem kann sich ihre Konzentration im Organismus mit der Zeit ändern. Matthias Mann vom Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried braucht deshalb schlaue Algorithmen und viel Rechenkraft für seine Forschung. Schließlich will er das menschliche Proteom, also die Gesamtheit der Proteine des Menschen, entschlüsseln und für die Medizin nutzbar machen.

Früher dachte Elena Conti daran, Architektin zu werden. Dass sie sich dann doch für ein Chemiestudium entschieden hat, tut ihrer Begeisterung für das Sujet aber keinen Abbruch. Als Direktorin am Martinsrieder Max-Planck-Institut für Biochemie studiert sie die Architektur molekularer Maschinen in der Zelle – und staunt über ausgeklügelte Strukturen in kleinsten Dimensionen.

Die Befruchtung einer Eizelle durch ein Spermium ist der Beginn neuen Lebens. Dabei werden die Erbinformationen beider Elternteile neu kombiniert. Die neuen Erbinformationen liegen zunächst inaktiv im Zellkern der befruchteten Eizelle vor. Die erste Zellteilung wird noch durch die Genprodukte der mütterlichen DNA veranlasst, doch bereits ab der zweiten muss auf die Genprodukte aller neu kombinierten Erbinformationen zugegriffen werden können. Genau diesen Moment habe ich mit meinem Team untersucht und dabei einen „Funken des Lebens“ entdeckt, einen genetischen Faktor, der die DNA „aufweckt“.

Wie entstehen Krebserkrankungen? Wie verändert die zelluläre Zusammensetzung eines Tumors dessen bösartige Eigenschaften? Diese Fragen sind nur schwer zu beantworten und dennoch entscheidend, um Krebserkrankungen zu verstehen und ein Heilmittel finden zu können. Gemeinsam mit meinen beiden Forschungsgruppen gelang es mir, einen ganz neuen Diagnose-Ansatz zu entwickeln, um diesem Ziel einen Schritt näher zu kommen. Durch die Kombination von vier modernen Methoden haben wir eine leistungsfähige Technologie entwickelt, um die Mechanismen von Gesundheit und Krankheit besser zu verstehen.

Bei der Übersetzung von Boten-RNA (mRNA) in Proteine stellen sequenzspezifische Transfer-RNAs (tRNAs) die jeweiligen Aminosäuren zur Verfügung. Die Menge an tRNAs hat daher einen tiefgreifenden Einfluss auf die Zelle. Die Ermittlung der Menge an tRNAs war bislang wegen technischer Herausforderungen limitiert. Wir haben diese Grenzen nun mithilfe der mim-tRNAseq überwunden, einer Methode, die zur Quantifizierung von tRNAs in jedem Organismus verwendet werden kann. Diese Methode wird dazu beitragen, das Verständnis der tRNA-Regulation in gesunden und kranken Lebensformen zu verbessern.

Das Gebiet der synthetischen Biologie zielt darauf ab, aus unbelebten Bausteinen lebensähnliche Systeme zusammenzusetzen. Unser Ziel ist, nicht nur Prozesse des Lebens zu beobachten und zu beschreiben, sondern sie auch nachzuahmen. Ein Schlüsselmerkmal des Lebens ist dessen Replikationsfähigkeit, oder mit anderen Worten: Die Selbsterhaltung eines chemischen Systems. Wir haben es geschafft, ein neues in-vitro-System zu erzeugen, das im Reagenzglas einen Teil seiner eigenen DNA und Proteinbausteine regenerieren kann.

Zellen nehmen über punktgenaue Andockstellen Kontakt zu anderen Zellen auf. Bei Zellwanderungen und Immunreaktionen muss ein fein abgestimmter Anheftungs- und Ablösungsprozess gewährleistet sein. Deshalb bestehen die Kontaktstellen aus einer ganzen Maschinerie von Proteinen, in der Talin eine zentrale Rolle einnimmt. Wir konnten mithilfe der Cryo-Elektronenmikroskopie zeigen, wie Talin eine inaktive Kugelform annehmen kann und so für den Kontakt mit anderen Proteinen unzugänglich ist. Dies hilft, den Anhaftungsmechanismus und auch Fehlfunktionen bei Krankheitsprozessen zu verstehen.