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Algen: Rohstoffe für Gesundheit, Schönheit und Energie

Umgangssprachlich fasst man unter Algen (Phycophyta) alle einfach organisierten Wasserpflanzen ohne Wurzeln, beblätterte Stängel und Leitbündel auf.1 Algen bilden eine sehr heterogene Organismengruppe, deren einzelne Arten sich in ihrer Morphologie und Physiologie stark unterscheiden. Ihre Vielfa...

Nachrichten aus der Chemie: Im Schwerpunktprogramm wird es um das junge Fachgebiet chemische Biologie gehen. Wie definiert sich das Fach überhaupt?
Dirk Schwarzer: Wissenschaftler in der chemischen Biologie versuchen, eine biologische Frage mit chemischen Methoden zu lösen. Die klassische biochemische oder biologische Herangehensweise greift dabei eher auf Techniken der modernen Molekularbiologie zurück.
Nachrichten: Zum Beispiel?
Schwarzer: Wenn der Biochemiker beispielsweise herausfinden will, was ein bestimmtes Protein macht, dann nutzt er Mutagenese, um die Aminosäuresequenz des Proteins zu verändern. Der chemische Biologe will dagegen ein Molekül oder eine Reaktion finden, mit der er das Protein oder dessen Funktion modulieren kann. Dabei hat die chemische Biologie eine lange Tradition. Vermutlich würde man die frühen Biochemiker heutzutage auch eher als chemische Biologen bezeichnen.
Christian Hackenberger: Es ist interessant zu sehen, dass viele der grundsätzlichen Reaktionen schon lange bekannt sind. Allerdings waren die Biokonjugationstechniken und Analysemethoden damals natürlich noch nicht so ausgefeilt wie heute, deshalb sind die meisten auch erst seit kurzer Zeit auf der Proteinebene anwendbar.
Nachrichten: Wieso brauchen wir das neue DFG-Schwerpunktprogramm über funktionale Proteine?
Hackenberger: In Deutschland gibt es eine große Zahl hervorragender chemisch-biologischer Gruppen, die Pionierarbeiten in der chemoselektiven Funktionalisierung, der unnatürlichen Protein-translation oder bei enzymatischen Reaktionen geleistet haben. Was aber in Deutschland gefehlt hat, war eine institutionelle Förderung auf nationaler Ebene. Das Schwerpunktprogramm identifiziert gute und sichtbare Forschung und wird diese im internationalen Wettbewerb stärken.
Nachrichten: Seit wann trugen Sie sich denn mit dem Gedanken, ein Schwerpunktprogramm zu beantragen?
Schwarzer: Los ging es vor etwa zwei Jahren. Die Idee entstand nach einem Symposium der Max- Planck-Gesellschaft in Ringberg im September 2009.
Hackenberger: “Probing Protein Function through Chemistry” war der Titel der Konferenz. Damals haben wir gemerkt: Es gibt in Deutschland zwar an einigen Orten Hotspots: in Dortmund, in München mit dem Center for Integrated Protein Science (CIPSM), auch in Berlin gibt es einige Gruppen. Aber gleichzeitig sind die Forscher an sehr vielen Stellen verteilt, so dass wir überlegt haben, wie man sie besser fördern kann. Eine national vernetzte Forschergruppe wäre mit nur etwa einem Dutzend Gruppen zu klein, und so kam die Idee auf, ein Schwerpunktprogramm zu beantragen.


<h2>Vorteil: Nachwuchswissenschaftler</h2>
Nachrichten: Sie beide waren als Emmy-Noether-Gruppenleiter Nachwuchswissenschaftler ohne feste Stelle. War es schwierig, dieses Projekt als noch nicht etablierte Wissenschaftler anzugehen?
Schwarzer: Nein, das Feedback war ziemlich gut, mit der Idee haben wir eher offene Türen eingerannt. Auch Forscher, die nicht als primäre Antragsteller in Frage kamen, etwa aus der rein organischen Synthese, waren begeistert und haben uns ermutigt. Auch die DFG sah es wohl eher positiv, dass Personen an der Ausarbeitung des Antrags beteiligt waren, die noch keine feste Stelle im Wissenschaftsbetrieb haben.
Hackenberger: Wir haben uns von Anfang an mit anderen Wissenschaftlern abgestimmt. Wir haben überlegt: Wer sind die sichtbaren Personen hier in Deutschland, die sich in diesem Thema in den letzten Jahren profiliert haben? Diese luden wir zu einem Treffen im Sommer 2010 ein und stießen auf großes Interesse: Von den 13 Eingeladenen haben sich nur 3 vertreten lassen, keiner hat abgesagt.
Nachrichten: Sie traten schließlich auch als Koordinator des Antrags auf, Herr Hackenberger. Wie kam es dazu?
Hackenberger: Am Anfang war ich mir schon unsicher, wie das ankommt, wenn man als noch relativ unerfahrener Habilitand wie ich anfängt, eine große Sache zu planen. Aber erstaunlicherweise wurde gar nicht darüber diskutiert. Ich hatte eingeladen, und es wurde erwartet, dass ich dann auch weitermache. Von allen Personen, die eingebunden waren, habe ich nur Unterstützung erfahren — und darunter sind etablierte und erfolgreiche Institutsleiter. Ich hatte ja auch schon hier in Berlin seit drei oder vier Jahren ein Graduiertenkolleg geleitet und traute mir deshalb auch zu, den Antrag zu organisieren.
Nachrichten: Der Antrag ist jetzt bewilligt. Wie geht es weiter?
Hackenberger: Der Antrag ist im Grunde nur eine Beschreibung des Status-quo in dieser Forschungsrichtung und zeigt mögliche neue Themenfelder auf. Die finanzielle Förderung durch die DFG ist bewilligt, aber es ist noch nicht klar, wer überhaupt am Schwerpunktprogramm teilnehmen wird. Der Ausschreibungstext wurde Ende August veröffentlicht, also der Aufruf an Wissenschaftler, sich mit ihren Projekten für das Schwerpunktprogramm zu bewerben. Dabei ist es keineswegs so, dass diejenigen, die schon im Vorfeld dabei waren, jetzt zusammen klüngeln und die Fördergelder unter sich verteilen. Es gibt im April 2012 eine von der DFG organisierte Evaluation der Anträge durch eine internationale Kommission, die letztendlich über die Bewilligung entscheidet.
Nachrichten: Allerdings werden sich nur maximal 25 Forschergruppen beteiligen können. Einige werden also wohl leer ausgehen. Wie sieht der ideale Antrag aus?
Hackenberger: 25 ist die Zahl, die durch die maximale Fördersumme beschränkt ist. Ideal sind Tandemprojekte, also zum Beispiel ein Chemiker mit einem Biochemiker, wobei der Chemiker eine Methode entwickelt, mit der ein Biologe oder ein Biochemiker ein biologisches Problem untersucht. Hierzu werden wir auch am 20. Oktober an der FU Berlin ein Symposium veranstalten, bei dem sich insbesondere Chemiker und Biologen für gemeinsame Projekte vernetzen sollen.
Schwarzer: Das Endprodukt eines funktionalen Proteins sollte beim Antrag auf jeden Fall im Vor- dergrund stehen.
Nachrichten: Wie wäre es mit einem Tandemprojekt aus Chemiker und Pharmazeut?
Hackenberger: Das sähen wir sehr gerne, damit wir auch das Feld der Protein-Protein-Interaktion und der Steuerung abdecken können. Das könnte auch Biopolymere als mögliche neue Pharmaprodukte vorantreiben, z. B. durch Stabilisierung von Proteinen, durch Veränderung der Oberfläche.
Nachrichten: Wie soll es mit Industriekontakten aussehen?
Hackenberger: Ich wünsche mir eine große Interaktion mit der Industrie, weil unser Thema auch dort in den letzten Jahren ein attraktives Feld geworden ist, Stichwort Biopharmaka. Schön wäre an einer Beteiligung der Industrie mit Fördermitteln aber auch, dass Industrie und Grundlagenforscher in Kontakt und ins Gespräch kommen. Oft wissen wir als Grundlagenforscher gar nicht, welche von unseren Methoden gerade für die Pharmaforschung interessant sein könnte.


<h2>Ausbildungsnetzwerk</h2>
Nachrichten: Ein Schwerpunktprogramm ist auch ein Ausbildungsnetzwerk. Wie soll der Austausch unter den Doktoranden stattfinden?
Hackenberger: Teil des Antrags sind Veranstaltungen, meist Blockseminare, für alle Doktoranden in diesem Schwerpunktprogramm. Mir schwebt da so etwas vor, wie es das EMBL — das European Molecular Biology Laboratory in Heidelberg — veranstaltet. Dort wurde bereits ein praktisch-theoretischer Kurs in chemischer Biologie angeboten, der über eine Woche ging. Dabei geben Experten aus dem Gebiet einen kurzen theoretischen Einblick in ihre Methode und dann heißt es: Ab ins Labor! Das würden wir gerne übernehmen, und wir haben auch schon Absprachen mit den Personen vor Ort. Es gibt weitere Ideen, z. B. ein wissenschaftliches Kolleg zur chemischen Biologie, bei dem man auch schon Studenten einbinden könnte.
Nachrichten: Und wann übernimmt die chemische Biologie mit diesem gut ausgebildeten Nachwuchs die Führungsrolle in den Lebenswissenschaften?
Hackenberger: Wir sind noch lange nicht da, dass chemische Me- thoden wirklich in die Biologie Einzug halten und auch als solche wahrgenommen werden. Biologen sehen oft nicht direkt, dass die Chemie selber ein entscheidendes Instrument ist, um biologische Fragen zu lösen.
Schwarzer: Klar, man kann zellbiologisch sehr viel betrachten und auch erklären — aber wenn es um die Proteine geht, die in der Zelle nun mal eine ganze Menge Aufgaben übernehmen, muss man eben früher oder später auf die atomare Ebene. In der Biologie und Biochemie gibt es sehr viele, sehr drängende Fragen, schauen wir nur mal in die Epigenetik. Um zu verstehen, was der Histoncode ist und wie er funktioniert, greift man seit einiger Zeit sehr erfolgreich auf chemische Methoden zurück.
Hackenberger: Wichtig ist dabei, dass die Methoden möglichst einfach sind und auch jemanden, der kein groß ausgestattetes organisch- chemisches Labor hat, sie anwenden kann. Er hat ein Reagenz, gibt das irgendwo dazu und dann hinterher gibt es eine verlässliche Reaktion, einen verlässlichen Assay oder ein verlässliches Endprodukt.
Nachrichten: Welche Ergebnisse erhoffen Sie sich vom Schwerpunktprogramm?
Schwarzer: Aus biochemischer Sicht hoffe ich, dass die chemischen Methoden und Techniken in die Biochemie hereingetragen werden. Ich bin wirklich davon überzeugt, dass es nicht immer nur gezielte Mutagenese sein muss, sondern dass chemische Techniken viele Fragen letztlich viel einfacher beantworten können.
Hackenberger: Neben den weichen Kriterien wie dem stärkeren Zusammenwachsen der verschiedenen Bereiche und dem Austausch mit der Biologie und der Biochemie sehe ich ein großes Ziel: Viele Proteine sind nicht nur mit einer bestimmten funktionellen Einheit oder einem Modul funktionalisiert oder modifiziert, sondern haben mehrere Einheiten. Multiple Phosphorylierung, teilweise Phosphorylierung und Glykosylierung zusammen, verschiedene Glykosylierungsmuster — das schreit geradezu danach, verschiedene Methoden zu kombinieren.
Mit Christian Hackenberger und Dirk Schwarzer sprach Nachrichten-Redakteur Christian Remenyi.


— — — Mit dem DFG-geförderten Schwerpunktprogramm 1623 “Chemoselektive Reaktionen für die Synthese und Anwendung funktionaler Proteine” entsteht ab nächstem Jahr ein interdisziplinäres Netzwerk von Wissenschaftlern aus Chemie, Biochemie und Biophysik. Ziel ist die Entwicklung innovativer synthetischer Methoden, insbesondere kombinierte Ansätze aus chemischen und molekularbiologischen Verfahren, für Proteine von herausragender biologischer Bedeutung.
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