ERC Consolidator Grants für Max-Planck-Forschende

Amelie Heuer-Jungemann und Karl Duderstadt erhalten je einen Consolidator Grant des European Research Councils (ERC) für ihre eingereichten Projekte NanoCat und ChromoMemInMotion.

Amelie Heuer-Jungemann ist seit 2020 Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut (MPI) für Biochemie. Für ihr Projekt NanoCat, in dem sie einen neuen Ansatz für die Übertragung von Enzymfunktionen in Lebewesen entwickeln wird, hat der ERC ihr einen Consolidator Grant zugesprochen. Auch Karl Duderstadt, der neben seiner Forschungsarbeit am MPI für Biochemie auch Associate Professor an der Technischen Universität München ist, wird für sein Projekt ChromoMemInMotion gefördert. Mit den Consolidator Grants fördert der ERC exzellente, vielversprechende Wissenschaftler*innen. Für die Consolidator Grants werden bis zu 2 Mio Euro für einen Zeitraum von 5 Jahren vergeben.

Das Projekt NanoCat

Alles Leben ist von enzymatischen Reaktionen abhängig. Diese kommen unter Anderem zum Einsatz, wenn wir Nahrung zu uns nehmen. Essen wir beispielsweise eine Kartoffel, zerlegen die Enzyme in unserem Speichel die in der Kartoffel enthaltene Stärke, sodass Zucker entsteht. Diesen können wir dann als Energielieferanten weiter verwerten. Die Einführung „fremder“ Enzyme in andere Lebewesen durch Gentechnik führt jedoch häufig dazu, dass die Enzyme ihre Aufgaben nicht oder nicht richtig erledigen können, denn natürlicherweise wird die Effizienz solcher Enzyme durch biologische Verkapselung erhöht.

Das Projekt NanoCat zielt darauf ab, solche Verkapselungen künstlich zu entwickeln. Dadurch soll die Funktion der Enzymaktivität erhalten bleiben, auch wenn sie in Organismen eingebracht werden, in denen sie normalerweise nicht vorkommen. Zusammen mit Amelie Heuer-Jungemanns kürzlich entwickelter Methode, mit der aus DNA gefaltete Strukturen (DNA-Origami) zwar stabil bleiben, aber dennoch für die Interaktion mit anderen Molekülen zugänglich sind, soll mit NanoCat ein bahnbrechendes neues Werkzeug entwickelt werden.

NanoCat ist ein neuartiger Ansatz, mit dem Enzyme auch außerhalb ihrer natürlichen Umgebung funktionsfähig eingesetzt werden können, um beispielsweise Gesundheitsprobleme oder die globalen Kohlenstoffemissionen anzugehen. Dabei ist es entscheidend, dass die Größe, Form und Funktion der eingebrachten Enzym-Verkapselungen kontrolliert werden können. NanoCat ist ein revolutionärer Ansatz um Organismen ohne den Einsatz von Gentechnik mit neuen Eigenschaften auszustatten. So könnte es beispielsweise möglich werden,  die CO₂-Fixierungsrate in Pflanzen deutlich zu verbessern.

Über Amelie Heuer-Jungemann

Amelie Heuer-Jungemann studierte Chemie an der Heriot-Watt University in Edinburgh, UK. An der University of Southampton, UK, promovierte sie 2015 in Physik, wobei ihr Fokus hier bereits auf Bionanotechnologien lag und war dort anschließend für ein Jahr als Postdoctoral Fellow tätig. Bis 2020 arbeitete sie dann, ebenfalls als Postdoctoral Fellow, an der Physikfakultät der Ludwig-Maximilians-Universität München und kam anschließend als Emmy-Noether-Forschungsgruppenleiterin für DNA Hybridnanomaterialien an das Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried.

Das Projekt ChromoMemInMotion

Während der Zellteilung müssen unsere Erbinformationen kopiert werden. Dazu müssen Millionen von Nukleosomen, die Basiseinheiten der Chromosomenorganisation, zerlegt und Histone von der DNA getrennt werden, damit diese abgelesen werden kann. Am Ende dieses komplexen Prozesses wird eine Kopie der DNA erstellt. Auf den Histonen sitzen auch Markierungen, die bestimmen, um was für eine Art von Zelle es sich handelt. Diese werden epigenetisch, also nicht über die DNA, mitvererbt. Bislang ist allerdings noch nicht bekannt, wie die Zusammensetzung von neuen und alten Histonen während diesem Prozess koordiniert wird und wie genau sichergestellt wird, dass die epigenetischen Marker mit vererbt werden.

In ChromoMemInMotion untersucht Karl Duderstadt mit seinem Team, die Dynamik der Histonverarbeitung durch das Replisom, die dazu beiträgt, dass die Chromosomen erhalten bleiben und die Zellidentität zuverlässig von einer Generation zur nächsten weitergegeben wird. Um die molekularen Mechanismen des Replisoms während der Zellteilung zu untersuchen, sollen im Verlauf des Projektes neue bildgebende Verfahren entwickelt werden, die die dynamische Übertragung und Aussortierung der Histone in Echtzeit überwachen und die dahinterliegenden Mechanismen identifizieren.

Die Verwirklichung dieser Ziele wird einen bedeutenden Durchbruch in unserem Verständnis der molekularen Mechanismen des Chromosomenaufbaus und der Übertragung des epigenetischen Zellgedächtnisses darstellen. Darüber hinaus wird das Projekt ChromoMemInMotion biomedizinischen Technologien den Weg ebnen, die auf die Umprogrammierung des epigenetischen Gedächtnisses abzielen.

Über Karl Duderstadt

Karl Duderstadt promovierte in Biophysik an der UC Berkeley, CA, USA. Nach einer Postdoktorandenzeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Groningen in den Niederlanden wurde er Max-Planck-Forschungsgruppenleiter der Arbeitsgruppe Struktur und Dynamik molekularer Maschinen am MPI für Biochemie. Seit 2023 ist er Associate Professor an der neuen Fakultät für Biowissenschaften der Technischen Universität München.

Über den ERC

Der Europäische Forschungsrat, ERC, wurde 2007 von der Europäischen Union etabliert und ist die erste europäische Förderorganisation für herausragende Forschung. Jedes Jahr wählt und finanziert der ERC die besten und kreativsten Forscher*innen verschiedenster Nationalitäten und jeden Alters, damit diese ihre Projekte in Europa durchführen können. Der ERC vergibt vier Arten von Stipendien: den „Starter-Grant“, den „Consolidator Grant“, den „Synergy Grant“ und den „Advanced Grant“. Der „Consolidator Grant“ fördert exzellente, vielversprechende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, deren eigene unabhängige Arbeitsgruppe sich noch in der Entwicklungs-, beziehungsweise Aufbauphase befindet. Für die Consolidator Grants werden bis zu 2 Millionen Euro für einen Zeitraum von 5 Jahren vergeben.

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Wörterbuch der Forschungsgruppe DNA-Hybridnanomaterialien:

Enzyme: Enzyme sind kleine Proteine, die als Katalysatoren tätig sind. Das heißt, dass ihr mitwirken biologische Reaktionen beschleunigt, ohne das sie sich dabei selbst verändern.

DNA: „DNA“ steht für den englischen Begriff desoxyribonucleic acid und ist die Bezeichnung für die Erbinformationen. Auf der DNA befindet sich der „genetische Code“, also quasi der Bauplan eines Lebewesens.

DNA-Origami: DNA-Origami ist eine Methode, bei der lange, einzelsträngige DNA-Moleküle durch kürzere in eine gewünschte Form gefaltet werden. Mit Hilfe dieser Technik können verschiedenste, nur wenige Nanometer große Formen mit hoher Präzision gebaut werden.

Wörterbuch der Forschungsgruppe Struktur und Dynamik molekularer Maschinen:

DNA: „DNA“ steht für den englischen Begriff desoxyribonucleic acid und ist die Bezeichnung für die Erbinformationen. Auf der DNA befindet sich der „genetische Code“, also quasi der Bauplan eines Lebewesens.

Histone: Histone sind kugelförmige Proteine.

Nukleosomen: Als Nukleosom wird der Komplex bezeichnet, den die DNA mit einem Histon eingeht.

Chromatin: Das Chromatin ist das Material, aus dem Chromosomen bestehen. Es beinhaltet unsere DNA, die verpackt um Histone in Zellkernen vorliegen.

Chromosom: Die Chromosomen sind der „X-förmige“ Zustand unserer DNA, die stark komprimiert im Zellkern vorliegt.

Replisom: Das Replisom ist die Gesamtheit aller Proteine und Enzyme, die an der Replikation, also der Verdoppelung, der Erbinformationen beteiligt sind.