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Auf neuen Wegen zum Ursprung

Es braucht Physik, Biologie und Informatik, um den Kräften auf die Spur zu kommen, die in uns wirken – und kluge Köpfe aus der ganzen Welt.

Wie wachsen Organe im Körper und welche Mechanismen steuern diese Vorgänge? Dr. Rita Mateus will es mit ihrer Forschungsgruppe im Exzellenzcluster „Physik des Lebens“ herausfinden. Seit Februar ist die gebürtige Portugiesin dafür in Dresden.
Wie wachsen Organe im Körper und welche Mechanismen steuern diese Vorgänge? Dr. Rita Mateus will es mit ihrer Forschungsgruppe im Exzellenzcluster „Physik des Lebens“ herausfinden. Seit Februar ist die gebürtige Portugiesin dafür in Dresden.

Jeden Tag passiert etwas Erstaunliches im Körper von Kindern. Alles wächst. Das Gehirn wird größer, die Arme länger. Das Herz legt an Volumen zu und die Füße dehnen sich aus. Das alles passiert in vollkommener Harmonie. Perfekt aufeinander abgestimmt. „Es ist doch faszinierend, dass dabei sowohl die Organe als auch die Gliedmaßen immer proportional zur Körpergröße bleiben“, sagt Rita Mateus. Wie macht unser Körper das? Seit Februar ist die gebürtige Portugiesin in Dresden, um genau dieses Geheimnis zu ergründen. Die promovierte Entwicklungsbiologin sorgt dabei gleichzeitig für eine Premiere. Stephan Grill ist auf der Suche. Seit zwei Jahren befindet sich der Professor für Biophysik der TU Dresden auf einer besonderen Mission. Er ist Sprecher des Exzellenzclusters „Physics of Life“ (Physik des Lebens), kurz PoL. Gemeinsam mit verschiedenen Partnerinstituten des Wissenschaftsverbunds DRESDEN-concept erforscht das Cluster die Physik im menschlichen Körper, die Vorgänge zwischen Molekülen, Zellen und Gewebe. „Für unser Vorhaben brauchen wir hier vor Ort die besten Leute, mit den exzellentesten Ideen“, sagt Grill. Rita Mateus sei solch eine Ausnahmeforscherin. Er ist froh, sie für PoL gewonnen zu haben. Die Portugiesin ist nun die erste DRESDEN-concept-Forschungsgruppenleiterin. Ihre Tenure-Track-Stelle, die Nachwuchsforscher auf eine Professur vorbereiten soll, tragen das Exzellenzcluster und das Dresdner Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik gemeinsam. In den vergangenen Wochen hat sich Rita Mateus beruflich in Dresden eingerichtet. Nun will sie mit ihrer Forschungsgruppe anhand von Zebrafischen herausfinden, wie deren Organwachstum funktioniert.

Rätsel des Lebens entschlüsseln, neue Therapien ermöglichen

Das ist nicht nur Biologie. Wenn es darum geht, wie Informationen zwischen den kleinsten Bausteinen im Körper ausgetauscht werden, ist das pure Physik. „Mit Forschenden aus anderen Disziplinen zu arbeiten, das ist es, was mich am Cluster reizt“, sagt die Wissenschaftlerin. Helmut Schießel kann das gut nachvollziehen. Schon zu Schulzeiten faszinierten ihn Biologie und Physik gleichermaßen. „Als es darum ging, was ich studieren will, gewann aber erst einmal die Physik die Oberhand“, erinnert er sich. Seit Kurzem ist er Inhaber der Professur für Theoretische Physik Lebender Materie und Forschungsgruppenleiter bei PoL. Das ist die perfekte Kombination für seine wissenschaftlichen Interessen.Schießel dringt vor zum Herzen des Lebens, wie er es nennt. In den winzigen Zellkernen drängen sich zwei Meter DNA-Stränge, vollgestopft mit Informationen über den Organismus. „Mich interessiert, wie all diese Informationen verpackt sind, wie sie an Tochterzellen weitergegeben werden und wieder ausgelesen werden“, beschreibt er sein Forschungsfeld. Trotz verschiedenster Zelltypen besitzen alle von ihnen die gleiche genetische Information. „Wenn man darüber nachdenkt, ist es einfach unglaublich, was die Natur kann“, sagt der Forscher. Würden diese Mechanismen entschlüsselt werden, hätte das einen enormen Effekt für die Medizin. Die Ursprünge vieler Krankheiten liegen schließlich in der DNA. In den nächsten Jahren, so ist er überzeugt, wird es viele neue Erkenntnisse zu all diesen Fragen geben.

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Von Kalifornien nach Dresden: Neue Gruppen starten im Juli

Indessen geht die Suche nach den besten Köpfen weltweit weiter – erfolgreich. Ab Juli konnte Adele Doyle als Leiterin der PoL-Forschungsgruppe Mechanobiologie der Stammzellen für Dresden gewonnen werden. Sie wird am Zentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD) forschen. Ebenfalls im Juli übernimmt Otger Campàs die Professur für Gewebedynamik, eine von zehn geplanten Professuren. Seine Gruppe wird sich mit der Physik der embryonalen Selbst-Organisation beschäftigen. Beide arbeiteten bisher an der Universität von Kalifornien in Santa Barbara. „Stück für Stück können wir mit unserem Exzellenzcluster ergründen, aus welchem Material wir bestehen“, sagt Stephan Grill. Was lässt die lebende Materie wachsen? Welche Kräfte und Mechanismen wirken dabei? Wie organisieren sich Moleküle, Zellen und Gewebe? Eine Wissenschaftsdisziplin allein kann das nicht beantworten. Es braucht den interdisziplinären Ansatz, den PoL liefert. Biologen, Physiker, Informatiker und Ingenieure schauen gemeinsam auf Daten, experimentieren und leiten grundlegende Theorien ab. Seit der Gründung vor zwei Jahren ist schon viel passiert. Erste wichtige Ergebnisse wurden bereits veröffentlicht, wie etwa Ende 2020. Die Forscher konnten damals zeigen, wie bei Mehlkäfern die Eihülle den Embryo während seiner Entwicklung im Formgebungsprozess mechanisch beeinflusst. Damit steht fest: Es zählen nicht nur die internen Kräfte der Zellen. Auch äußere Gegebenheiten regulieren gezielt den Wachstumsprozess. Derzeit arbeiten die Verantwortlichen von PoL am neuen Masterstudiengang „Physics of Life“. Absolventen aus Physik, Biologie, Chemie und Informatik sollen dort miteinander lernen und forschen – noch mehr kluge Köpfe für die spannende Reise zu den Ursprüngen des Lebens. Jana Mundus

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