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Die DKFZ-ZMBH-Allianz

Aus der strategischen Allianz zwischen dem Forschungsschwerpunkt Zell- und Tumorbiologie des Deutschen Krebsforschungszentrums und dem Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg ist eines der größten Zentren biomedizinischer Grundlagenforschung in Deutschland entstanden. Der internationale Rang dieser interdisziplinären Institution an der Schnittstelle von Molekular- und Zellbiologie, Tumorbiologie und Biomedizin wird durch die Referenten des „DKFZ-ZMBH Alliance Forum on Aging & Cancer“ am 19. bis 21. Mai 2011 belegt.

Forschungskooperationen über die Grenzen von Institutionen hinweg sind in der Wissenschaft selbstverständlich, Zusammenschlüsse zwischen Einrichtungen einer Universität und eines Zentrums der Helmholtz-Gemeinschaft sind es nicht. Die 2006 in der Bundesrepublik Deutschland in Kraft getretene Föderalismusreform, welche die universitäre Forschung und Lehre fast ausschließlich in die Kompetenz der Bundesländer legte, hat für eine institutionalisierte Allianz zwischen Universitäten und Großforschungszentren des Bundes hohe Hürden errichtet. Es waren die Institutionen selbst, die sich bemühten, die „falschen Weichenstellungen der Föderalismusreform“ (so Professor Dr. J. Rüdiger Siewert, Vorsitzender des Verbands der Universitätsklinika Deutschlands und Leitender Ärztlicher Direktor des Universitätsklinikums Heidelberg) zu beheben und der Gefahr einer künstlichen Trennung von Grundlagenforschung und translationaler, anwendungsbezogener Forschung entgegenzuwirken.

Prof. Dr. Bernd Bukau, Direktor des ZMBH © Universität Heidelberg

Ein Modell für solche Bestrebungen ist die Forschungsallianz zwischen dem Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) und dem Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg (ZMBH). Sie wurde im Dezember 2007 mit der Vertragsunterzeichnung durch die Vorstände des DKFZ, die Professoren Otmar Wiestler und Josef Puchta, und dem Rektor der Universität Heidelberg, Professor Bernhard Eitel, sowie dem Direktor des ZMBH, Professor Bernd Bukau, besiegelt. Zu Ko-Direktoren in der Aufbauphase der neuen Allianz wurden Professor Bukau und Professor Christof Niehrs, Sprecher des DKFZ-Forschungsschwerpunktes „Zell- und Tumorbiologie" berufen.

Viele Berührungspunkte zwischen ZMBH und DKFZ

Schon die Gründung des ZMBH 1982 als eines von drei Genzentren in Deutschland hatte Modellcharakter. Es wurde als eine zentrale universitäre Einrichtung außerhalb der Fakultäten konzipiert und mit wesentlicher Unterstützung durch das damalige Bundesministerium für Forschung und Technologie sowie die Industrie (BASF AG, Merck KGaA) aufgebaut. Seine unabhängigen Arbeitsgruppen verfolgen mit unterschiedlichsten Ansätzen das Ziel, biologische Prozesse auf molekularer Ebene zu verstehen. In den fast dreißig Jahren seines Bestehens hat das ZMBH hohe internationale Anerkennung erworben und ist zum Vorbild für weitere zentrale Forschungseinrichtungen von Universitäten geworden.

Das 1964 gegründete DKFZ, Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft und größte biomedizinische Einrichtung in Deutschland, hat die Aufgabe, die Entstehung von Krebs zu erforschen, Krebsrisikofaktoren zu erfassen und neue Ansätze zur Prävention, präzisen Diagnostik und erfolgreichen Behandlung von Krebs zu entwickeln. Seine wissenschaftlichen Arbeitsgruppen sind auf sieben Forschungsschwerpunkte verteilt. Der Forschungsschwerpunkt „Zell- und Tumorbiologie“ umfasst biomedizinische Grundlagenforschung, und die dort bearbeiteten Problemstellungen, wie zum Beispiel die molekulare Embryologie und Zellbiologie, Epigenetik, Signaltransduktion und Krebsstammzellforschung, haben viele Berührungspunkte mit den am ZMBH bearbeiteten Themen.

Das ZMBH-Gebäude auf dem Campus Im Neuenheimer Feld, Heidelberg, direkt neben dem DKFZ. © Universität Heidelberg

Durch verwandte Forschungsinteressen und Zielsetzungen sowie ähnliche methodische Ansätze bestehen seit langem enge Verbindungen zwischen den Forschungsgruppen des ZMBH und der Zell- und Tumorbiologie des DKFZ. Erleichtert wird dies durch die räumliche Nachbarschaft der beiden Institutionen. Die Kooperationen führten schließlich zu der Entscheidung, beide Institutionen in einer festen Allianz zusammenzuführen und zu einem der größten deutschen Zentren der molekularen und zellulären Lebenswissenschaften auszubauen, das international Impulse setzt und durch Rekrutierung hochkarätiger Wissenschaftler die führende Position Heidelbergs auf diesem Gebiet weiter verstärkt.

Forschungsergebnisse werden auf dem DKFZ-ZMBH Alliance Forum vorgestellt

Titelblatt des „DKFZ-ZMBH Alliance Forum“ 2011 © ZMBH

Die Allianz umfasst gemeinsame Leitungsgremien, die gemeinschaftliche Nutzung der wissenschaftlichen und technischen Infrastruktur und gemeinsame Forschungs- und Förderprogramme. Im Brennpunkt der Forschung stehen die molekularen Prozesse, die zur Biogenese, Erhaltung, Degeneration und Entartung von Zellen führen. Aufgaben des neuen Zentrums sind insbesondere auch Ausbildung, Training und individuelle Förderung von Studenten, Doktoranden und promovierten Wissenschaftlern, die Etablierung wissenschaftlich unabhängiger Nachwuchsgruppen, die administrative Unterstützung der Wissenschaftler, um ihnen Raum für kreative interdisziplinäre Forschung zu geben, die Translation und die Unterstützung des Technologietransfers von Forschungserkenntnissen in die klinische Forschung und Anwendung, insbesondere auf den Gebieten Krebs und Altern.

Unter dem Titel „Aging and Cancer 2011 - from molecules to organisms" findet im Mai 2011 das DKFZ-ZMBH Alliance Forum in Heidelberg statt, bei dem neue Ergebnisse auf den Forschungsgebieten der Allianz mit den international führenden Experten vorgestellt und diskutiert werden. Gegenwärtig umfasst die DKFZ-ZMBH-Allianz etwa 150 promovierte Wissenschaftler und 200 Doktoranden in 30 Forschungseinheiten, die sich in drei Forschungsprogramme gliedern.

Forschungs- und Ausbildungsschwerpunkte

In den elf Forschungsgruppen des Schwerpunktes „Struktur, Funktion und Regulation von Biomolekülen“ geht es um die Analyse der Struktur-Funktions-Beziehung biologischer Makromoleküle, der funktionellen Regulation und ihrem Zusammenwirken in biologischen Maschinen und molekularen Netzwerken. Dazu gehören unter anderem Untersuchungen der epigenetischen Kontrollmechanismen, der Regulation des basalen Transkriptionsapparates und der mRNA, der Faltung und Qualitätskontrolle von Proteinen sowie der intrazellulären Verarbeitung von Signalen.

Zum Programmschwerpunkt „Aufbau und Differenzierung von Zellen und Stammzellen“ gehören ebenfalls elf Forschungseinheiten, die sich mit der Analyse der molekularen Organisations- und Funktionsprinzipien befassen, von denen Eigenschaften und Verhalten der Zellen abhängen. Mit molekular- und zellbiologischen Techniken werden grundlegende zelluläre Prozesse wie der Proteintransport innerhalb der Zelle, die Signaltransduktion, Zellteilung, Differenzierung und Zellmigration von Zellen einschließlich Stammzellen untersucht.

Der Fokus des Schwerpunkts „Entwicklung und Regeneration, Degeneration, Altern und Krebs“, in dem acht Forschungseinheiten zusammengefasst sind, liegt auf der funktionellen Analyse von Steuerungsprozessen bei der Bildung von Geweben oder von Organismen während der Embryonalentwicklung, sowie auf der Regeneration und Degeneration von Geweben und Organen und der Entstehung von Tumoren. Dazu werden als Modellorganismen die Fruchtfliege (Drosophila melanogaster), der Krallenfrosch (Xenopus laevis) und die Maus (Mus musculus), aber auch In-vitro-Organkulturen verwendet.

Weitere Informationen zu den einzelnen Forschungseinheiten finden sich auf der Webseite der Allianz (externer Link: https://www.gesundheitsindustrie-bw.dewww.dkfz-zmbh-allianz.de/forschungsprogramme.html). Die Forschungsgruppen der drei Programme sind durch gemeinsame Fragestellungen miteinander vernetzt. Die DKFZ-ZMBH-Allianz ist wesentlicher Bestandteil des Exzellenzkonzeptes der Universität Heidelberg, und viele ihrer Forschungsgruppen sind eingebunden in das Exzellenzcluster Zelluläre Netzwerke (CellNetworks) und die HBIGS-Graduiertenschule („Hartmut Hoffmann-Berling International School of Molecular and Cellular Biology"), die durch die Exzellenzinitiative entstanden sind. Ein weiteres Element der herausragenden Förderungsmöglichkeiten für junge  Wissenschaftler ist die „Helmholtz International Graduate School for Cancer Research".  

Sie verfügen über eine gemeinsame zentrale Administration und technologische Infrastruktur wie zum Beispiel Hochdurchsatzanalysen in der Proteom- und Genomforschung, Licht- und Elektronenmikroskopie, Massenspektrometrie und Durchflusszytometrie, Tierhaltung und Transgenservice. Hinzu kommen institutionsübergreifende Service-Einrichtungen für RNAi-Screening und chemische Biologie für die Wirkstoffsuche.

Optimale Rahmenbedingungen für eine konkurrenzfähige Forschung

Thomas Rachel, MdB, Parlamentarischer Staatssekretär im BMBF © Bundesregierung

Die DKFZ-ZMBH-Allianz ist ein Modell dafür, wie durch Kooperation zwischen einem Mitglied der Gemeinschaft der Helmholtz-Großforschungszentren und einer universitären Einrichtung optimale Rahmenbedingungen für eine international konkurrenzfähige Forschung auf einem gesellschaftlich hoch relevanten Gebiet geschaffen werden können. Das Modell macht Schule.

„Den strategischen Allianzen zwischen Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen gehört in Deutschland die Zukunft", erklärte Thomas Rachel, Parlamentarischer Staatssekretär bei der Bundesministerin für Bildung und Forschung, MdB. Stimuliert durch die Exzellenzinitiative der Bundesregierung und getragen von der Erkenntnis, dass Helmholtz-Zentren und Universitäten gemeinsam zur Lösung großer gesellschaftlicher Herausforderungen in den Bereichen Gesundheit, Energie, Umwelt und Informationstechnologien beitragen müssen, entstanden Kooperationsmodelle wie die „Jülich Aachen Research Alliance" (JARA) zwischen der RWTH Aachen und dem Forschungszentrum Jülich sowie das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), ein Zusammenschluss des Forschungszentrums Karlsruhe und der Universität Karlsruhe. Inzwischen sind aus ähnlichen Kooperationsstrukturen heraus weitere Institute in Mainz, Jena und Saarbrücken entstanden.

Glossar

  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Das Genom ist die gesamte Erbsubstanz eines Organismus. Jede Zelle eines Organismus verfügt in Ihrem Zellkern über die komplette Erbinformation.
  • Mit Kompetenz im biologischen Sinn ist die Eigenschaft eines Bakteriums gemeint, DNA von außen aufnehmen zu können.
  • Für den Begriff Organismus gibt es zwei Definitionen: a) Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren und selbstständig, d. h. ohne fremde Hilfe, zu existieren (Mikroorganismen, Pilze, Pflanzen, Tiere einschließlich Mensch). b) Legaldefinition aus dem Gentechnikgesetz: „Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren oder genetisches Material zu übertragen.“ Diese Definition erfasst auch Viren und Viroide. Folglich fallen gentechnische Arbeiten mit diesen Partikeln unter die Bestimmungen des Gentechnikgesetzes.
  • Proteine (oder auch Eiweiße) sind hochmolekulare Verbindung aus Aminosäuren. Sie übernehmen vielfältige Funktionen in der Zelle und stellen mehr als 50 % der organischen Masse.
  • Die Ribonukleinsäure (Abk. RNS oder RNA) ist eine in der Regel einzelsträngige Nukleinsäure, die der DNA sehr ähnlich ist. Sie besteht ebenfalls aus einem Zuckerphosphat-Rückgrat sowie einer Abfolge von vier Basen. Allerdings handelt es sich beim Zuckermolekül um Ribose und anstelle von Thymin enthält die RNA die Base Uracil. Die RNA hat vielfältige Formen und Funktionen; sie dient z. B. als Informationsvorlage bei der Proteinbiosynthese und bildet das Genom von RNA-Viren.
  • Screening kommt aus dem Englischen und bedeutet Durchsiebung, Rasterung. Man versteht darunter ein systematisches Testverfahren, das eingesetzt wird, um innerhalb einer großen Anzahl von Proben oder Personen bestimmte Eigenschaften zu identifizieren. In der Molekularbiologie lässt sich so z.B. ein gewünschter Klon aus einer genomischen Bank herausfiltern.
  • Transduktion hat im biologischen Kontext zwei Bedeutungen: 1) Bei der Signaltransduktion wird ein äußerer Reiz (z.B. Licht) in ein physiologisches Signal (Nervenimpuls) umgewandelt und zum Gehirn weitergeleitet. Zum anderen wird aber auch die Vermittlung eines Signals in eine Zelle (z.B. Hormonwirkung) als Signaltransduktion bezeichnet. 2) In der Genetik ist mit dem Begriff Transduktion die Übertragung von DNA durch Viren von einem Bakterium auf das andere gemeint. Dieser natürlichen Vorgang wird auch in der Gentechnik angewandt.
  • Mit Transkription im biologischen Sinn ist der Vorgang der Umschreibung von DNA in RNA gemeint. Dabei wird mithilfe eines Enzyms, der RNA-Polymerase, ein einzelsträngiges RNA-Molekül nach der Vorlage der doppelsträngigen DNA synthetisiert.
  • Translation im biologischen Sinn ist der Prozess, bei dem die Basensequenz der mRNA in die Aminosäuresequenz des Proteins übersetzt (translatiert) wird. Dieser Vorgang findet an den Ribosomen statt. Nach der Vorlage eines einzigen mRNA-Moleküls können zahlreiche Proteinmoleküle synthetisiert werde
  • Drosophila melanogaster ist eine Fruchtfliege, die häufig als Modellorganismus für Studien der Genetik und der Entwicklungsbiologie verwendet wird. Das Genom von Drosophila besteht aus vier Chromosomenpaaren und wurde im Jahr 2000 vollständig sequenziert.
  • Das Proteom ist die Gesamtheit aller zu einem bestimmten Zeitpunkt unter definierten Bedingungen vorhandenen Proteine in einem Lebewesen, einem Gewebe oder einer Zelle.
  • Stammzellen sind Zellen, die die Fähigkeit zur unbegrenzten Zellteilung besitzen und die sich zu verschiedenen Zelltypen ausdifferenzieren können. Stammzellen können aus Embryonen, fötalem Gewebe und aus dem Gewebe Erwachsener gewonnen werden. In Deutschland ist die Gewinnung embryonaler Stammzellen verboten.
  • Ein Tumor ist eine Gewebsschwellung durch abnormales Zellwachstum, die gutartig oder bösartig sein kann. Gutartige (benigne) Tumore sind örtlich begrenzt, während Zellen bösartiger (maligner) Tumore abgesiedelt werden können und in andere Gewebe eindringen können, wo sie Tochtergeschwulste (Metastasen) verursachen.
  • Die Zelldifferenzierung bezeichnet die Spezialisierung von Zellen in Bezug auf ihre Funktion und ihre Struktur. So entstehen aus undifferenzierte Stammzellen verschiedene Zelltypen wie Herzmuskel-, Nerven- oder Leberzellen, die ganz unterschiedlich ausssehen und verschiedene Aufgaben erfüllen.
  • Die Zytologie oder auch Zellbiologie ist eine Disziplin der Biowissenschaften, in der mit Hilfe mikroskopischer und molekularbiologischer Methoden die Zelle erforscht wird, um biologische Vorgänge auf zellulärer Ebene zu verstehen und aufzuklären.
  • Unter Degeneration verstehet man in einem medizinisch-biologischen Sinn die Rückbildung und den Verfall von Zellen, Geweben oder Organen.
  • Molekular bedeutet: auf Ebene der Moleküle.
  • Die Massenspektrometrie ist ein Verfahren zur Messung des Masse-zu-Ladung-Verhältnisses eines Teilchens. Bei biologischen Fragestellungen werden meist Proteine massenspektrometisch untersucht.
  • Die Epigenetik beschäftigt sich mit den vererbbare Veränderungen in der Genexpression, die nicht auf Abweichungen in der Sequenz der DNA zurückzuführen sind.
  • Messenger-RNA (Abk.: mRNA) ist eine Ribonukleinsäure, die eine Kopie eines kurzen DNA-Stücks darstellt und als Vorlage für die Synthese eines spezifischen Proteins dient.
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