Von Molekülen bis zu Organismen

22.01.2019

RWTH-Biologe Markus Rothermel hat mit weiteren Nachwuchswissenschaftlern erstmals das Symposium „Tracking Life“ organisiert.

 

Im Labor am Lehrstuhl für Chemosensorik der RWTH Aachen untersucht Dr. Markus Rothermel, wie das Gehirn in der Lage ist, relevante Informationen aus der Umgebung zu extrahieren. Auch die Mechanismen, die bei Fehlregulationen der beteiligten Systeme zu neurologischen Krankheiten führen, stehen im Fokus der sogenannten Neuromodulation. Eine Emmy-Noether-Gruppe unter Leitung von Rothermel forscht hierzu an der RWTH.

Das Emmy-Noether-Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) wurde 1997 zur Förderung herausragender Nachwuchswissenschaftler eingeführt. Rothermel ist es mit dieser Förderung gelungen, die Gruppe zur Neuromodulation an der RWTH zu etablieren. „Unter Neuromodulation in der Sinnesphysiologie versteht man die aktive Veränderung der von den Sinnen aufgenommenen Informationen, um sie den Bedürfnissen und Erfahrungen eines Individuums anzupassen. So können Sinneseindrücke gezielt verstärkt – zum Beispiel die Geruchswahrnehmung bei der Futtersuche – oder auch komplett ausgeblendet werden“, erläutert er. In Labor untersucht er mit seinem Team neuromodulatorischen Prozesse und verwendet das olfaktorische System der Maus (Geruchssinn) als Model. Dabei werden neueste Methoden auf dem Gebiet der Bildgebung, Elektrophysiologie und Verhaltensforschung genutzt.

Die Arbeit ist der Grundlagenforschung zuzuordnen. „Allerdings weiß man heutzutage, dass es bei einer Störung neuromodulatorischer Vorgänge zu schweren Erkrankungen wie beispielsweise dem Aufmerksamkeits-Defizit-Syndrom oder Autismus kommen kann, und dass die Inzidenz von solchen Diagnosen weltweit stetig zunimmt“, berichtet er. Daher ist Rothermel die Übertragung der Forschungsergebnisse in potenzielle klinische Anwendungen ein großes Anliegen. Kooperationen mit der Uniklinik RWTH Aachen hat er bereits aufgebaut – unter anderem mit den Professorinnen Angelika Lampert (Neurophysiologie) und Ute Habel (Neuropsychologie). „Neuromodulatorische Prozesse in sensorischen Systemen sind von entscheidender Wichtigkeit, damit Menschen und Tiere in einer sich ständig verändernden Umgebung überleben können“, betont Rothermel. „Das ganzheitliche Verständnis dieser Prozesse wird oft gebremst, zum einen durch eine Aufspaltung des Feldes in unterschiedliche sensorische Systeme – Riechen, Sehen, Hören – sowie die Unterteilung in Klinische- und Grundlagenforschung. Wesentliche Fortschritte auf dem Gebiet der Neuromodulation können nur erreicht werden können, wenn in Zukunft verschiedene Fachgebiete eng zusammenarbeiten.“

Symposium „Tracking Life“

Die Zusammenarbeit auch über die Universitätsgrenzen hinaus ist Rothermel wichtig. Als Mitglied der „Young Academy of Europe“ fand er zwei Nachwuchswissenschaftlerinnen, deren Forschungsprojekte viele Berührungspunkte mit seinen haben: Ulrike Endesfelder und Mangala Srinivas. Endesfelder leitet die Arbeitsgruppe „Single Molecule Microbiology” am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie & LOEWE Center for Synthetic Microbiology in Marburg. Sie ist seit 2015 Mitglied der „Jungen Akademie“. Die Junge Akademie an der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften (BBAW) und der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina ist eine interdisziplinäre Forschungsplattform für junge Wissenschaftler im deutschsprachigen Raum. Sie war zur Zeit ihrer Gründung 2000 die weltweit erste Institution zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses. Inzwischen haben sich nach ihrem Vorbild zahlreiche weitere Akademien junger Wissenschaftler gegründet, so auch die Young Academy of Europe in 2012. Srinivas leitet die Arbeitsgruppe „Multiscale imaging” am Radboud Institute for Molecular Life Sciences RIMLS Nijmegen und ist wie Rothermel Mitglied der Young Academy of Europe.

Bei einem ersten Treffen im Rahmen der Jahrestagung der Academia Europaea 2017 in Budapest, haben die drei Wissenschaftler schnell erkannt, dass sie ein gemeinsames Interesse an bildgebenden Verfahren verbindet, obwohl sie in unterschiedlichen Dimensionen der Mikroskopie arbeiten.

Da die Wissenschaftswelt hier nur wenige Möglichkeiten zur Zusammenarbeit bietet, entstand die Idee, ein interdisziplinäres Symposium mit dem Titel „Tracking Life“ an der RWTH Aachen zu organisieren, finanziert von der Jungen Akademie, der Young Academy of Europe und der RWTH-Nachwuchsförderung Dabei wurden drei Größenskalen des Lebens abgedeckt: von der Mikroskopie vollständiger Organismen im Millimeterbereich, über mikrometergroße Nervenzellverbünde bis hin zur Mikroskopie einzelner, nur nanometergroßer Moleküle.

Zu den Rednern des Symposiums gehörten Dr. Steven Lee (Department of Chemistry, Cambridge University, Fluoreszenzmikroskopie-Techniken), Professor Fritjof Helmchen (Brain Research Institute der Universität Zürich, Multiphotonen Imaging) sowie Professor Daniel Razansky (Molecular Imaging Engineering an der Technischen Universität München und Helmholtz Zentrum München, photoakustischen Bildgebung). Steven Lees entwickelt ähnlich wie Ulrike Endesfelders Gruppe quantitative Mikroskopieansätze. Hiermit können absolute Molekülanzahlen bestimmt werden, die Änderung der Anzahl und Verteilung eines Proteins in verschiedenen Phasen des Zellzyklus verfolgt sowie dreidimensionale Karten der räumlichen Organisation von individuellen Molekülen und Komplexen in ihrem zellulären Kontext erstellt werden, eine Grundlage für die moderne Systembiologie. Helmchens Multiphonen Imaging kommt wiederum in Rothermels Labors zum Einsatz. Razansky ist ein Pionier auf dem Gebiet der photoakustischen Ganzkörper-Bildgebung und Gründungsmitglied des einzigen Unternehmens, das derzeit klinische photoakustische Scanner herstellt. Bei dieser Methoden werden Schallwellen zur Bildbebung verwendet; ähnlich des Ultraschalls, allerdings mit einer bisher nie erreichten räumlichen sowie zeitlichen Auflösung. Zusammengefasst konnte erfolgreich der gesamte Bereich der Bildgebung von kleinen Molekülen in Zellen bis hin zum gesamten Organismus abdeckt werden.

Redaktion: Presse und Kommunikation