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Sprung über die Grenze

Auf dem Gipfeltreffen der Systembiologie in Berlin-Mitte schmieden 400 internationale Forscherinnen und Forscher Pläne für Projekte, die Grenzen zwischen Fachrichtungen überwinden. Auf dem Berlin Summer Meeting feiern sie die bevorstehende Eröffnung des BIMSB-Forschungsgebäudes und die interdisziplinäre Zusammenarbeit.
Es ist ein besonderer Tag für uns. Er markiert den Beginn eines neuen Kapitels für das MDC.
Martin Lohse
Martin Lohse Vorstand des MDC

„Das ist ein ganz besonderer Tag für uns“, sagt Professor Martin Lohse, Wissenschaftlicher Vorstand des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC), als er das elfte Berlin Summer Meeting am 25. Oktober 2018 eröffnet. Die Tagung, zu der mehr als 400 Systembiologen aus aller Welt gekommen sind, markiere den „Beginn eines neuen Kapitels für das MDC“.

Das dreitägige Treffen begehe nicht nur das Jubiläum des Berlin Institute for Medical Systems Biology (BIMSB), die systembiologische Einheit des MDC, die Professor Nikolaus Rajewsky vor zehn Jahren gründete. Zugleich stehe die Eröffnung einer neuen Zweigstelle des Forschungszentrums im Herzen der Hauptstadt bevor. Dort wird das das BIMSB im kommenden Jahr einziehen. Von Rajewsky, dem Gründer des BIMSB, sei die erfreuliche Entwicklung des Instituts mit „bemerkenswerter Voraussicht“ in seinem ursprünglichen Konzeptpapier prophezeit worden, so Lohse. 

Mit den Berliner Partnern vernetzt

Dies liege nicht zuletzt an der Hingabe, mit der Rajewsky dieses Unterfangen verfolgt habe, ergänzt Professor Peter Frensch, Vizepräsident für Forschung der Humboldt-Universität zu Berlin, auf deren traditionsreichem Areal das Gebäude errichtet wird. Frensch nennt das BIMSB „eine einzigartige Pflanze, die hier gepflanzt wird“, inmitten der Berliner Universitäten und Wissenschaftsinstitutionen im Stadtzentrum.

Unter diesen Institutionen befindet sich die Charité – Universitätsmedizin Berlin, die seit vielen Jahren ein wichtiger Partner des MDC und des BIMSB ist. Karl Max Einhäupl, Vorstandsvorsitzender des Lehr- und Forschungskrankenhauses, lobt die räumliche Nähe des neuen Standorts, die ein Schlüssel zum Erfolg sei. Die Technologien und Themen, mit denen das BIMSB arbeite, seien zukunftsweisend auch für die translationale Medizin, der sich die Charité und MDC verschrieben haben.

Wet lab und dry lab direkt beieinander

Welche molekularen Vorgänge liegen Krankheiten zugrunde, und welche Prozesse laufen in gesunden Zellen ab – dies zu verstehen, ist seit jeher Auftrag und Mission des MDC. Aus systembiologischer Perspektive bedeute das, den Weg vom Gen bis zum Merkmal zu verfolgen, einschließlich der vielen zellulären Programme und Steuerungsmechanismen, die über mehrere Ebenen hinweg miteinander wechselwirken, sagt Rajewsky.

Diese Aufgabe sei eine außerordentliche Herausforderung, aus der sich die Notwendigkeit der engen Integration von computergestützter Theorie, Datenauswertung und Modellierung auf der einen Seite, und den in vivo und in vitro Experimenten im Labor ergeben habe. Diese Erkenntnis hat ihn zur Gründung des BIMSB bewegt: „Für jede Ebene der Genregulation sind Fachleute ihrer jeweiligen Disziplin erforderlich, die sehr eng miteinander zusammenarbeiten.“

Dieses Konzept, das sich bereits am Campus Buch bewährt habe, soll im neuen und „wunderschönen“ Gebäude in Mitte perfektioniert werden. „Die Architektur des Gebäudes unterstützt optimal seine wissenschaftliche Mission“, sagt Rajewsky. „Experimentelle und theoretische Arbeit, wet lab und dry lab, finden direkt nebeneinander statt. Die Arbeitsräume kommen daher fast ohne Wände aus. Wir wollen Grenzen überwinden, im wörtlichen und im übertragenen Sinn.“

Berlin Institute for Medical Systems Biology (BIMSB)

 

Das Berlin Institute for Medical Systems Biology (BIMSB) ist eine wesentliche strategische Erweiterung des wissenschaftlichen Profils des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin (MDC). Nikolaus Rajewsky gründete die Forschungseinheit im Jahr 2008 und leitet sie seitdem. Mit 16 Gruppenleiterinnen und Gruppenleitern und 250 weiteren Forscherinnen und Forschern ist das BIMSB ein großer Erfolg für das MDC.

Das BIMSB warb 19 Millionen Euro Startfinanzierung ein durch die Bundesinitiative „Spitzenforschung in den neuen Bundesländern“ von Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sowie Berliner Senat. Inzwischen finanziert das BMBF das BIMSB mit 17,5 Millionen Euro pro Jahr. Zusätzlich haben die Gruppen bisher 38 Millionen Euro Fördermittel eingeworben.

 

Zusammenarbeit ist ein Grundpfeiler moderner Forschung

Ohne Zusammenarbeit über die Grenzen der Disziplinen hinweg lassen sich die großen Fragen der heutigen Wissenschaft nicht mehr beantworten. Selbst die Nobelpreisträgerin Professor Christiane Nüsslein-Volhard, vormals Direktorin des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen, ist darauf angewiesen. Sie eröffnet die Reihe der 16 wissenschaftlichen Vorträge des „Summer Meetings“.

„Wie entstehen die unterschiedlichen Farbmuster von Zebrafischen?“, fragt sich die Forscherin. „Falls Sie etwas zu dem Thema wissen, bitte kommen Sie auf mich zu – ich würde gern mit Ihnen kooperieren.“ Nüsslein-Volhard untersucht hierzu die Bärblingsgattung Danio. „Diese Muster sind nicht nur schön, sondern auch nützlich“, sagt die Wissenschaftlerin. Sie dienen zum Beispiel der Kommunikation oder der Tarnung.

Nur durch drei Typen von Pigmentzellen bilden sich Streifen und Sprenkel: dunkle Melanophoren, gelbe Xanthophoren und schillernde Iridophoren. Jedoch müssen mindestens zwei der Zelltypen zusammenwirken, damit ein Muster entsteht. „Nie ist ein Zelltyp allein verantwortlich, für korrekte Muster sind alle drei notwendig“. Dies hat Nüsslein-Volhard und ihr Team durch gezielte Gen-Mutationen im silbrig-blau gestreiften Zebrafisch herausgefunden.

Das Spektrum der Genregulation

Alle Vorträge des Symposiums drehen sich um Genregulation – etwa während der Entwicklung und Spezialisierung von Zellen sowie in Gesundheit und Krankheit. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des BIMSB haben bei vielen der vorgestellten Forschungsprojekte mitgewirkt.

Bis auf die atomare Ebene erstrecken sich die wissenschaftlichen Fragestellungen. Wie zum Beispiel liest die RNA-Polymerase II die Gene während der Transkription aus dem Erbgutstrang ab, fragt Patrick Cramer vom Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie. Wann pausiert diese RNA-Protein-Maschine und wie nimmt sie ihre Arbeit wieder auf? Cramers Antworten bestehen aus hochdetaillierten Strukturuntersuchungen.

Der Transkriptions-Apparat produziert die mannigfaltigen RNA-Moleküle, die später zum Großteil zu Proteinen übersetzt werden, zuvor aber durch Enzyme, andere RNAs oder RNA-Protein-Komplexe modifiziert werden. Die Moleküle organisieren sich zu einem erstaunlichen Maße selbst, schildert Ruth Lehmann vom Skirball Institute in New York am Beispiel der Granula in den Zellen der Keimbahn.

Wir alle sind einzigartig, aber wir Frauen sind noch einzigartiger.
Edith Head
Edith Heard über die Inaktivierung des X-Chromosoms bei Frauen

Edith Heard vom Institut Curie spricht ein Phänomen an, das über DNA-kodierte Informationen hinausgeht. Epigenetische Prozesse deaktivieren eines der beiden X-Chromosomen von Frauen – einige Gene werden aber reaktiviert, was möglicherweise bei Autoimmunkrankheiten eine Rolle spielt.
Amanda Fisher vom MRC Clinical Science Centre in London fand zudem heraus, dass falsche epigenetische Signaturen an die Nachkommen weitergegeben werden können.

 

Experimente mit Organoiden

Die Forscherinnen und Forscher nutzen eine große Bandbreite an experimentellen Methoden: Neben molekularbiologischen Werkzeugen wie CRISPR-Cas kommen super-auflösende Mikroskope, strukturbiologische Methoden oder Multi-Omics-Ansätze zum Einsatz. Auch die verwendeten experimentellen Modellsysteme sind vielfältig. Sie reichen von der Einzelzellanalyse heterogener Tumore über Organoide bis zur Einzelzell-Charakterisierung gesamter Tiere. 

Theoretische Modelle gehören zum Fundament der Systembiologie und werden in den vorgestellten Projekten reichlich eingesetzt – wie etwa die mathematische Analyse der Chromatin-Aktivierung durch Leonie Ringrose. Lior Pachter vom Caltech in Kalifornien stellt Strategien für den Umgang mit den ungeheuren Datenmengen der Einzelzellanalyse vor.

Die Einzelzell-Biologie ist das wiederkehrende Thema, das sich durch viele Vorträge zieht. Zum Abschluss der Konferenz ist der Samstagvormittag dieser sich schnell entwickelnden Technologie gewidmet, die verspricht, globale Genexpression in jeder Zelle eines Gewebes oder eines Organismus zu analysieren – und damit vollständig einen wahrhaftig systembiologischen Blick auf das Leben erlaubt.

Auch zahlreiche Gruppen des BIMSB arbeiten bereits mit Einzelzell-Technologien. Mit ihr versuchen sie, die Grenzen des heute machbaren zu überwinden und neue Forschungsgebiete zu erschließen. Der neue Standort in Berlin-Mitte wird dem Max-Delbrück-Centrum genau das ermöglichen, indem dort Kooperationen am Wissenschaftsstandort Berlin weiter ausgebaut werden können.

Schon bald werden MDC-Wissenschaftler also an zwei Berliner Standorten hochkollaborativ forschen, sagt Nikolaus Rajewsky. Geteilt werde das MCD dadurch nicht. „Das MDC wird ein MDC bleiben.“