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ERC-Grant für entwicklungsbiologische Forschung an MikroProteinen

Ganz kleine Proteine spielen die ganz große Rolle in den Forschungsarbeiten von Dr. Stephan Wenkel, Arbeitsgruppenleiter am Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP) in Tübingen: Für die Arbeit mit MikroProteinen erhielt der Biologe in diesem Jahr einen „ERC Starting Grant“, die hochdotierte Forschungsförderung des Europäischen Forschungsrates. Mit Hilfe der finanziellen Unterstützung sollen die bisher eher unbekannten Proteinzwerge charakterisiert werden, um so wichtige Erkenntnisse über die molekularen Grundlagen des Pflanzenwachstums zu gewinnen.

Bereits seit 2007 wird der „Starting Grant“ der EU an junge, europäische Forscher vergeben, die bereits exzellente Leistungen auf ihrem Forschungsgebiet erbracht haben. Mit den Geldern werden neue, besonders innovative Ideen – also Pionierforschung – mit einem Projektvolumen von bis zu 1,54 Millionen Euro für fünf Jahre finanziert. Dabei muss nicht nur die Forschungsidee an sich etwas ganz Besonderes sein, auch der geförderte Wissenschaftler muss bereits eine außergewöhnliche Expertise auf seinem Gebiet bewiesen haben.

Dr. Stephan Wenkel, Biologe und seit 2009 leitender Wissenschaftler am Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP) in Tübingen, erhält den „Starting Grant“ für sein Projekt mit dem Titel „miPDesign: Designing microProteins to alter growth processes in crop plants“. Wenkel und seine Arbeitsgruppe beschäftigen sich darin in den nächsten Jahren mit pflanzlicher Entwicklungsbiologie und interessieren sich besonders für eine sehr kleine Proteinspezies, die sogenannten MikroProteine, die das Pflanzenwachstum in der Wechselwirkung mit größeren Proteinen regulieren können.

MikroProteine greifen in wichtige Entwicklungsprozesse ein

Dr. Stephan Wenkel, Arbeitsgruppenleiter am ZMBP in Tübingen erhält einen ERC-Grant für seine Forschungsarbeiten an MikroProteinen. © Friedhelm Albrecht, Universität Tübingen

Entwicklungsbiologische Grundlagenforschung ist Wenkels Passion seit der Doktorarbeit am Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln. Als Postdoktorand an der Stanford University in den USA fand der Pflanzenforscher dann heraus, dass es bei der Pflanzenentwicklung Transkriptionsfaktor-Proteine gibt, die Gene aktivieren, die bei der Blattbildung eine tragende Rolle spielen. „An sich nichts unerwartet Neues“, sagt der Wissenschaftler. „Was aber überrascht hat, war, dass wir sehr kleine Proteine gefunden haben, die ihre großen Verwandten bei der Arbeit beeinträchtigen können – die sogenannten MikroProteine.“

In Tübingen begann der Biologe dann mit seiner Arbeitsgruppe weitere solcher MikroProteine zu identifizieren und näher zu charakterisieren. Mit Hilfe von bioinformatischen Methoden ging man beispielsweise der Frage nach, ob die kleinen Proteine auch mit mehreren Partnern zusammenarbeiten. Das Ergebnis dieser Studien war, dass zwei MikroProteine identifiziert werden konnten, die maßgeblich in die Regulation des Blühzeitpunkts eingreifen können. Dies ist in der pflanzlichen Molekularbiologie eine ganz neue Erkenntnis, denn MikroProteine sind hier bisher ein praktisch noch völlig unerforschtes Gebiet. „Es gibt weltweit nur eine einzige andere Arbeitsgruppe, die sich auch mit dieser Proteinspezies befasst“, erklärt Wenkel. Grund für die EU, Forschungsarbeiten mit einem solchen Alleinstellungsmerkmal zu fördern.

Im Lauf der Evolution durch Fehler entstanden

Die Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) ist eine kleine Pflanze mit unscheinbarer weißer Blüte und die bekannteste Modellpflanze des Botanikers. © www.wikipedia.de /Nina

Dabei sind MikroProteine in ihrer Struktur noch nicht einmal etwas Besonderes. Entstanden sind diese kleinen Moleküle im Lauf der Evolution aus ihren großen Verwandten, die bei der unkorrekten Vervielfältigung ihrer Genome nach und nach einzelne Domänen verloren haben. Irgendwann begannen solche MikroProteine die Arbeit ihrer großen, ursprünglichen Vorbilder zu beeinflussen. Wie stark der Einfluss ist, hängt unter anderem vom Verhältnis groß zu klein in der Zelle ab.

Ziel des Projekts am ZMBP wird es in den nächsten Jahren sein, mit Hilfe von molekularbiologischen und biochemischen Methoden zu erforschen, wie stark die Proteine miteinander interagieren und wie solche Interaktionen aussehen. Für diese Studien möchte Wenkel mit seiner Arbeitsgruppe auch künstliche Mikroproteine herstellen, um gezielt in biologische Prozesse eingreifen zu können. Es konnte bereits gezeigt werden, dass künstliche MikroProteine hergestellt werden können, die gezielt zu Missbildungen der Pflanzenblüte führen.

MikroProteine sind universelle Moleküle

Das Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP) in Tübingen wurde 1999 gegründet und gilt international als eines der führenden Zentren für molekularbiologische Forschung an Pflanzen. Der Neubau wurde in diesem Jahr bezogen. © Friedhelm Albrecht, Universität Tübingen

Auch wenn bisher noch vergleichsweise wenig über MikroProteine bekannt ist, so weiß man jedoch sicher, dass es sich um eine universelle Molekülspezies handelt, die nicht nur bei Pflanzen zu finden ist. „MikroProteine gibt es auch im tierischen Organismus, diese Entdeckung wurde bereits vor 20 Jahren in der Maus gemacht“, erklärt Wenkel. „Auch hier spielen sie ebenso wie bei Pflanzen eine wichtige Rolle bei elementaren Entwicklungsprozessen wie der Muskel- und Nervenzellbildung“, so der Biologe. So hofft der Wissenschaftler, die Erkenntnisse, die in den nächsten Jahren in der pflanzlichen Entwicklungsbiologie gewonnen werden, irgendwann in Forschungskooperationen auch auf den tierischen Organismus übertragen zu können.

Zunächst werden die Versuche jedoch überwiegend im Reagenzglas stattfinden. Experimentiert wird zunächst mit Hefe und Arabidopsis, der typischen Modellpflanze des Botanikers mit der kleinen weißen Blüte. Später sollen die Arbeiten dann auch auf Nutzpflanzen wie Reis ausgeweitet werden. Die Biologen erwarten, in den fünf Jahren Entwicklungsprozesse und Signalwege, in denen MikroProteine eine Rolle spielen, wesentlich besser zu verstehen, um dann eventuell auch durch gezieltes Proteindesign in diese eingreifen zu können.

Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/erc-grant-fuer-entwicklungsbiologische-forschung-an-mikroproteinen