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Neue Arbeitsgruppe untersucht lichtgesteuerte Organisation von zellartigen Kompartimenten

04.02.2016

Seit dem 1. Januar 2016 leitet Dr. Seraphine Wegner eine neue Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Polymerforschung. Im Fokus steht die lichtgesteuerte Organisation von sogenannten Kompartimenten. Diese zellartigen Kammern sind durch eine Membran voneinander getrennt und sollen mittels Lichtstrahlen gesteuert werden. Die Wissenschaftlerin untersucht mit ihren Kollegen welche Rückschlüsse sich daraus auf die Entwicklung neuer biologischer Materialien ziehen lassen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert die Arbeitsgruppe mit einer Summe von 1.400.000 Euro innerhalb der nächsten fünf Jahre.

Die unabhängige MaxSynBio-Forschungsgruppe rund um Dr. Wegner kombiniert in ihrer Arbeit zwei Disziplinen: Synthetische Biologie und Optogenetik. In der Synthetischen Biologie soll biologische Materie nicht nur gesteuert, sondern auch neu konstruiert werden. Anhand eines Bottom-up-Ansatzes plant die Gruppe, die dynamische, aber dennoch regulierte Organisation von Zellen, wie sie in der Natur vorhanden ist, mit synthetischen zellenartigen Kompartimenten zu reproduzieren.

Hierfür werden Pflanzenproteine, die auf sichtbares Licht reagieren, eingesetzt. Deshalb finden sie in der Optogenetik eine weit verbreitete Anwendung. Die Optogenetik setzt sich aus einer Kombination genetischer und optischer Verfahren zusammen. Sie erzielt eine schnelle Steuerung von genau definierten Ereignissen mit Licht in biologischen Systemen.

Diese Methode bringt einige Vorteile: Sie ermöglicht eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung und ist zudem nicht invasiv und bioorthogonal. Somit haben die lichtgesteuerten Reaktionen keinen Einfluss auf die regulären biochemischen Prozesse.

Ein weiterer Schwerpunkt der Gruppe besteht darin, Zellkontakte mit Licht zu steuern. „Wir hoffen, wertvolle Einblicke in die Wechselwirkungen zwischen Zellen und synthetischen Oberflächen zu gewinnen und diese Ergebnisse für die Entwicklung von neuen biologischen Materialien anzuwenden", so Wegner.

In Vielzellern interagieren die einzelnen Zellen sowohl mit ihren Nachbarn als auch mit der extrazellulären Matrix (EZM), um Zell-Zell und Zell-Matrix-Kontakte zu bilden. Die einzelne Zelle verarbeitet zuerst alle Signale und reagiert dementsprechend auf ihre Umgebung, was zu einer Adhäsion, Migration, Proliferation oder sogar zu einer Selbstzerstörung führen kann.

Angestrebt wird die photochemische Steuerung von Zell-Matrix- und Zell-Zell-Wechselwirkungen mit lichtempfindlichen Molekülen. Nicht nur interzelluläre Prozesse, wie kollektive Zellmigration und Differenzierung, sondern auch intrazelluläre Prozesse, zum Beispiel lokale Zell-Zell-Kontakte, erforschen die Wissenschaftler rund um Dr. Wegner.

Über das Projekt:
Dr. Wegners Gruppe gehört zum Max-Planck-Forschungsnetzwerk MaxSynBio, das sich mit Synthetischer Biologie befasst. Gruppen aus neun Max-Planck-Instituten in Deutschland sowie der Lehrstuhl für Systematische Theologie II (Ethik) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg arbeiten zusammen, um Protozellen zu etablieren. Diese sind auf ein Minimum ihrer lebensnotwendigen Bestandteile reduziert und wecken große Erwartungen in der Bioproduktion, etwa von Biokraftstoffen, Biomaterialien oder Wirkstoffen für die Medizin.

Zur Person:
Seraphine Wegner leitet seit 1. Januar 2016 die MaxSynBio-Gruppe am Max-Planck-Institut für Polymerforschung. Im Jahr 2011 kam sie als Postdoktorandin an das Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart, wo sie sich mit verschiedenen Themen zu Oberflächenfunktionalisierungs- und Proteinimmobilisierungstechniken beschäftigte. Die geborene Düsseldorferin verbrachte zudem bereits viele Jahre im Ausland. Sie lebte 15 Jahre lang in der Türkei, bevor sie in die USA umzog. Dort absolvierte sie an der Universität von Chicago ihre Doktorarbeit in Chemie und arbeitete an der Entwicklung von Metallionensensoren mittels metalloregulatorischen Proteinen für die in-vivo-Bildgebung.

Natacha Bouvier | Max-Planck-Institut für Polymerforschung
Weitere Informationen:
http://www.mpip-mainz.mpg.de

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