Grundlegenden Funktionsprinzipien von Zellmembranen untersuchen

Zellmembranen sind aus einer Vielzahl von Bausteinen zusammengesetzt und erfüllen wichtige Funktionen bei der Kommunikation des Zellinneren mit der Umgebung. Wie ein Chamäleon seine Farbe an die Umgebung anpasst, können Zellen ihre Membranen durch den Einbau unterschiedlicher Bausteine an Veränderungen ihrer Umgebung anpassen. Eine Störung dieser Anpassungsfähigkeit führt schnell zu Fehlern in der Zellkommunikation. Forscher vermuten daher, dass solche Störungen Krankheiten wie Alzheimer und Diabetes auslösen können. Der Professor für Molekularbiologie an der Saar-Uni, Robert Ernst, möchte nun gemeinsam mit Kollegen aus den USA, Israel und Deutschland herausfinden, wie Zellen - von Bakterien bis zu menschlichen Zellen - auf Umwelteinflüsse reagieren und wie sie Fehler korrigieren. Die Forscher werden dafür von der VW-Stiftung mit 1,5 Millionen Euro über fünf Jahre gefördert.

"Denken Sie an ein Rentier: Das steht mit den Hufen auf dem minus 30 Grad kalten Permafrostboden, während das Gehirn dieses Warmblüters bei plus 38 Grad gehalten werden muss, um zu funktionieren", nennt Robert Ernst ein Beispiel. Der Professor für Molekularbiologie möchte mit diesem Bild veranschaulichen, mit welch unterschiedlichen Anforderungen die Zellen in ein und demselben Lebewesen klarkommen müssen. Die Zellen in der Nähe der Hufe des Rentiers müssen im selben Organismus bei viel geringeren Temperaturen funktionieren als beispielsweise die Zellen im Gehirn des Rentieres, wo es viel wärmer ist als am Huf.

Diese Anpassungsfähigkeit ist eine Meisterleistung der Natur. Denn vom Einzeller bis zu Körperzellen in höheren Lebewesen wie dem Rentier - oder dem Mensch - funktionieren alle Zellen nach demselben Bauprinzip: Das lebendige Zellinnere wird von der leblosen Umgebung getrennt durch eine Membran, die aus zwei Lipidlagen besteht. Um die fehlerfreie Funktion der Zellen zu gewährleisten, muss insbesondere auch die Membran einwandfrei funktionieren. Aber nach welchen Mechanismen dies geschieht, ist auch nach über 40 Jahren biologischer Forschung noch weitgehend unverstanden.

Hier wollen Robert Ernst und seine Kollegen aus Houston (USA), Tel Aviv (Israel) und Dresden für Aufklärung sorgen. Sie setzen dabei auf die Zusammenarbeit vieler Disziplinen. Denn neben Robert Ernsts Arbeitsgruppe aus Molekularbiologen besteht das Konsortium außerdem aus Genetikern, Geochemikern und Physikern. "Gemeinsam möchten wir die Sensoren finden, die die Funktionsfähigkeit der Membranen überwachen und an die Umgebungsbedingungen anpassen", erklärt Robert Ernst, der seine Professur in Homburg im April angetreten hat. Die Forscher erhoffen sich, dass ihre Erkenntnisse, die sie in den kommenden fünf Jahren gewinnen werden, zum besseren Verständnis der Abläufe an der Grenzfläche zwischen belebter Materie und lebloser Umgebung führen. "Wir verfolgen das Ziel, das Leben besser zu verstehen und im Idealfall sogar zu verlängern. Eine zentrale Vision unserer Arbeit ist die Etablierung einer synthetischen Membran als eine zentrale Voraussetzung für die erste synthetische Zelle", erläutert der Wissenschaftler.

Denn wenn es gelingt, eine funktionierende synthetische Zelle zu erschaffen, könnte auch das Verständnis natürlicher Prozesse viel besser und zielgenauer erforscht werden. Die Forscher erhoffen sich durch die Entdeckung und Erforschung von Sensoren zur Überwachung der Membranfunktion Krankheiten besser zu verstehen und behandeln zu können. Ihre Arbeit beruht auf der Grundannahme, dass die Ursachen für fehlerhafte Abläufen in der Zelle häufig in ihren Membranen zu finden sind. Die VW-Stiftung, die schwerpunktmäßig Projekte fördert, die die grundlegenden Prozesse in der Natur erforschen, unterstützt das Vorhaben mit 1,5 Millionen Euro von 2017 bis 2022.

Quelle: Universität des Saarlandes