Die Wirkung einzelner Proteine erstaunt Daria Siekhaus immer wieder. In Fruchtfliegen sucht er nach Molekülen, deren Pendants im Menschen bei Krankheiten wie Krebs oder Alzheimer eine Rolle spielen.
„Die Energiegewinnung ist die Basis von allem“, sagt Daria Siekhaus. Allerdings spricht sie nicht über die Gaskrise oder erneuerbare Energien, sondern über unseren Körper und jede Zelle. Die Kraftwerke darin heißen Mitochondrien: Je besser diese Organellen und ihre Zellatmung funktionieren, desto mehr Energie steht den Zellen und dem Körper zur Verfügung.
„Mein Interesse an Naturwissenschaften wurde schon als Baby geweckt“, sagt Siekhaus, der in Berkeley, USA, aufgewachsen ist, zu deutschen Eltern. Ihr Vater war Wissenschaftler, er begeisterte seine Tochter schon früh für die ungelösten Fragen der Welt. “Meine ersten Worte waren: ‘Was ist das?'”, lacht Siekhaus im Interview. Aus einer katholischen Familie stammend, sind Religion, Spiritualität und Forschungsinteresse für sie kein Widerspruch: „Unsere Experimente sind wie ein Gespräch mit Gott: Wenn du Antworten bekommen willst, warum die Welt so ist, musst du sie bekommen die richtigen Fragen stellen. Jedes Ergebnis ist eine Antwort.”
Die persische Königin Atossa
Mythologie und antike Geschichte spielen auch in der aktuellen Arbeit von Siekhaus, der am Austrian Institute of Science and Technology (Ista) in Klosterneuburg eine Gruppe im Bereich Life Sciences leitet, eine wichtige Rolle. Sein iranischer Kollege Shamsi Emtenani benannte das neu entdeckte Protein, das den Mitochondrien mehr Energie liefert, nach der persischen Königin Atossa. Herodot schrieb über Atossa: „Er bekam alles, was er wollte.“ Das passt gut zu dem Protein, das in den Zellen einen Turbo aufdreht, und gelingt praktisch.
„Mit der zusätzlichen Energie können die Immunzellen in das Gewebe eindringen“, erklärt Siekhaus. Die Forschung findet an Makrophagen statt, den großen Immunzellen, die weite Strecken im Körper zurücklegen, um Eindringlinge wie Viren und Bakterien unschädlich zu machen.
Als Modellorganismus dienen Fruchtfliegen, Drosophila. „Das sind genau die Fliegen, die das Obst in der Küche umschwirren. Ihr Immunsystem ist so vereinfacht, dass wir mit ihnen vieles studieren können, was auch für uns Menschen gilt“, sagt Siekhaus.
Obwohl das menschliche Immunsystem aus Dutzenden von Zelltypen besteht, sind 90 Prozent der Immunzellen einer Fruchtfliege Makrophagen, deren molekulare Signalwege unseren sehr ähnlich sind „Eine der vergessenen Fragen zur Zellbewegung ist, wie sich Immunzellen dreidimensional im Körper bewegen und wie sie Gewebe durchdringen“, sagt Siekhaus. Sein Team hat nun in der Fachzeitschrift EMBO veröffentlicht, dass das Atossa-Protein den Makrophagen auf zwei Wegen mehr Energie liefert: „Erstens tritt Atossa aufs Gaspedal und versorgt die Mitochondrien mit mehr Brennstoff. Zweitens liefert dieser Brennstoff, also Zucker und Fett, besser genutzt werden können.“ Damit verändert Atossa die Produktion von Proteinen, die dafür sorgen, dass der Treibstoff in den Mitochondrien in den Energiestoff ATP umgewandelt wird (Erklärvideo auf Youtube)
So funktioniert es in Krebszellen
Diese Erkenntnisse sind nicht nur für die Immunologie, sondern auch für die Krebsforschung von Nutzen: „Was wir in Immunzellen finden, ist oft dasselbe in Krebszellen. Auch hier spielt eine erhöhte Funktion der Mitochondrien eine Rolle, wie Zellen einwandern und eindringen können.“ Gewebe”, sagt Siekhaus.
Sein Kollege Marko Roblek entdeckte sogar ein Protein, das die Bewegung von Krebszellen einschränkt und so die Ausbreitung von Metastasen verhindern kann. Einen königlichen Namen erhielt diese Neuheit nicht, denn das Fruchtfliegen-Forschungsprotein hatte bereits seinen Namen: MFSD1. Aber der Wert des Befunds sollte nicht unterschätzt werden: Bei Mäusen mit Brust-, Dickdarm- und Hautkrebs war MFSD1 wichtig, um die Migration und Ausbreitung des Tumors zu verhindern. Das Fehlen dieses Proteins führte zu robusteren Krebszellen, die mehr Metastasen bilden.
Ein Vergleich mit Patientendaten, die von Forschungskollegen des St. Pölten zeigt, dass MFSD1 künftig als Biomarker aufzeigen könnte, wie sich eine Krebserkrankung entwickelt. „Unser Ziel ist immer die Anwendung in der Medizin. Natürlich dauert es viele Jahre, aber Schritt für Schritt nähern wir uns“, sagt Siekhaus.
Auch für die Anwendung dürfte Atossas Forschung relevant sein: Gleichwertige Proteine beim Menschen könnten neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer beeinflussen.
Eine Mutation verändert alles
Jedenfalls bestätigt jeder Blick auf die Mikroskop- und Laborschüsseln die Begeisterung, die Siekhaus schon als junger Student in den USA empfand: „Seit ich erfuhr, dass eine einzige Mutation in einem Protein eine Fliege anstelle einer Antenne verursacht.“ Mein Bein ist Während ich wächst, versuche ich auch herauszufinden, welche Proteine und Mutationen so eine große Wirkung haben.” Ihre Stelle am Ista in Klosterneuburg endet nächstes Jahr, aber Siekhaus wird ihre Suche nach den Geheimnissen der Natur fortsetzen – wo, das weiß sie noch nicht.
Wörterbuch
Makrophagen sind weiße Blutkörperchen und Teil des Immunsystems. Sie werden auch Fresszellen genannt, weil sie im Grunde unerwünschte Zellen aus dem Körper fressen. Makrophagen schalten Viren oder Bakterien ab und bauen Krankheitserreger ab.
Mitochondrien sind Organellen in unseren Zellen, die Kraftwerke genannt werden. Energie wird in den Mitochondrien in Form von ATP (Adenosintriphosphat) produziert. Das hochenergetische Molekül gibt den Zellen die Kraft, sich zu bewegen und zu arbeiten.
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