Die Evolution zurückspulen

Dr. Georg Hochberg wurde mit dem Human Frontiers Science Grant ausgezeichnet

8. April 2021

Max-Planck-Forschungsgruppenleiter Georg Hochberg wurde mit einem der prestigeträchtigen Human Frontiers Grant ausgezeichnet, um die Evolution molekularer Maschinen zu untersuchen. Im Zentrum der Forschung steht das Flagellum, eines der Wunderwerke der zellulären Biochemie: ein hocheffizienter, selbstorganisierender molekularer Motor, mit dem sich Bakterien fortbewegen. Für Evolutionsbiologen ist diese molekulare Maschine ein ewiges Rätsel.

Die Bakteriengeißel als hochkomplexe Multikomponenten-Struktur läuft in einer rotierenden Bewegung, angetrieben durch einen in der Zellwand eingebetteten protonenbetriebenen Motor.

Die Bakteriengeißel besteht aus vielen verschiedenen Teilen, die alle für das Funktionieren der Flagelle notwendig sind. Wie kann die allmählich verlaufende, darwinistische Evolution eine solche Struktur aufbauen, wenn nicht durch die gleichzeitige Erfindung aller notwendigen Teile?

In ihrem Forschungsprojekt mit dem Titel "Darwin rwinDa: rewinding and rerunning evolution to study innovation in action" wird Georg Hochberg mit Partnern aus Großbritannien, Frankreich und Neuseeland zusammenarbeiten, um diese Frage zu beantworten. Die Gruppe wird untersuchen, wie eine bestimmte Gruppe von Bakterien ein ungewöhnlich starkes Flagellum entwickelt und dabei viele neue Motorkomponenten erworben hat.

„Unser Ziel ist es, eine visuell detaillierte Geschichte zu erstellen, wie sich diese Maschine Schritt für Schritt entwickelt hat, ähnlich wie wir die Entwicklung des Auges oder der Gliedmaßen von Wirbeltieren durch ihre verschiedenen Evolutionsstufen im Fossilbericht verfolgen können“, erklärt Georg Hochberg.

Dabei stehen die Forschenden vor der enormen Herausforderung, dass es in diesem Fall gar keine Fossilien dieser winzigen Maschine gibt. Stattdessen wird das Team in den Genomen verschiedener heute lebender Mikroorganismen nach Hinweisen auf ihre Entwicklung suchen. Diese Flagellum-Zwischenstufen sollen dann direkt im Inneren von Bakterienzellen abgebildet werden, um die verschiedenen Stadien seiner Evolution darzustellen. Dabei wollen sich die Wissenschaftler auch auf die Suche nach Bakterien machen, die "lebende Fossilien" des Flagellums enthalten, und zwar an weit abgelegenen Orten, wie z. B. in schwarzen Rauchern auf dem Grund des Ozeans. Dadurch, so hofft das Team, lässt sich endlich aufklären, wie die Evolution diese faszinierend komplexe molekulare Maschine geschaffen hat. Die Mitglieder des Teams sind: Georg Hochberg (MPI Marburg), Morgan Beeby (Imperial College London), Francesco Pedaci (CNRS Montpellier) und Craig Cary (University of Waikato).

Die Bewerbung des Kooperationsteams durchlief einen strengen, einjährigen Auswahlprozess in einem weltweiten Wettbewerb, der mit 709 eingereichten Projektskizzen von Wissenschaftlern aus mehr als 50 verschiedenen Ländern begann. In diesem Jahr wurden 7 Research Grants -Early Career und 21Research Grants -Program zur Förderung ausgewählt. Die HFSP-Forschungsstipendien werden für ein breites Spektrum von Projekten unter dem Dachthema "Komplexe Mechanismen lebender Organismen" vergeben. Das Programm fördert innovative, risikoreiche Projekte und ist das einzige Programm, das internationale Teams von Wissenschaftlern mit Laboren in verschiedenen Ländern unterstützt. Die HFSP Program Grants appellieren an das innovative und kreative Potential der Forschungsteams.

Das Human Frontier Science Program ist ein internationales Programm zur Forschungsförderung, das von der International Human Frontier Science Program Organization (HFSPO) mit Sitz in Straßburg, Frankreich, durchgeführt wird. Sein Ziel ist die Förderung der interkontinentalen Zusammenarbeit und Ausbildung in der interdisziplinären Spitzenforschung mit Schwerpunkt auf den Lebenswissenschaften. HFSPO erhält finanzielle Unterstützung von den Regierungen oder Forschungsräten Australiens, Kanadas, Frankreichs, Deutschlands, Indiens, Israels, Italiens, Japans, der Republik Korea, Neuseelands, Singapurs, der Schweiz, Großbritanniens und der USA sowie von der Europäischen Union.

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