Harvard-Nachwuchsforscherin untersucht am Jenaer Leibniz-IPHT den Ursprung des Lebens mit ultraschneller Spektroskopie
Wie entstand das Leben auf der Erde? Die Physikerin Corinna Kufner will mit ultraschneller Spektroskopie Licht ins Dunkel bringen. Am Leibniz-Institut für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) in Jena baut sie dazu eine Nachwuchsgruppe auf, gefördert im Programm CZS Nexus der Carl-Zeiss-Stiftung. Kufners Forschung zielt darauf ab, grundlegende Erkenntnisse über die Entstehung des Lebens sowie über Alterungsprozesse zu gewinnen und die Entwicklung von Photokatalysatoren für nachhaltige Energieerzeugung voranzutreiben – und könnte sogar Hinweise darauf geben, unter welchen Bedingungen Leben auf anderen Planeten entstehen könnte.
Forschende, die dem Ursprung des Lebens auf den Grund gehen, arbeiten oft in dunklen Laboren und mit stark konzentrierten Ausgangsstoffen – weit entfernt von den tatsächlichen Bedingungen auf der Erde vor Milliarden Jahren. Dr. Corinna Kufner geht einen anderen Weg: Sie will die Reaktionsmechanismen in der Ursuppe auf der frühen Erde – so durchmischt und dreckig, wie es gewesen sein muss – mit ultrakurzen Lichtblitzen aufklären.
Mit Laserlicht ins Dunkel der Ursuppe
„Auf der Oberfläche der frühen Erde waren die Bausteine des Lebens – Moleküle wie RNA, DNA, Peptide und Lipide – dem Sonnenlicht ausgesetzt. Genau das könnte entscheidende Reaktionspfade beeinflusst haben, die in dunklen Laborversuchen nicht nachvollziehbar sind,“ erklärt Corinna Kufner. Ihr Ziel ist es, diese unbekannten Pfade aufzudecken und die Mechanismen zu verstehen, die das Licht in der Ursuppe ausgelöst hat.
Carl-Zeiss-Stiftung fördert Aufbau der neuen Forschungsgruppe
Um die Rolle des UV-Lichts bei der Entstehung des Lebens zu entschlüsseln, gründet Dr. Corinna Kufner am Leibniz-IPHT in Jena durch die Förderung der Carl-Zeiss-Stiftung im Programm CZS Nexus eine Nachwuchsgruppe. Die Unterstützung der Carl-Zeiss-Stiftung in Höhe von 1,5 Millionen Euro ermöglicht es ihr, ab dem 1. Januar 2025 für fünf Jahre ein fachübergreifendes Team und ein unabhängiges Labor in Jena aufzubauen. Ihr Forschungsprojekt „UV LiFE“ vereint Ansätze aus Physik, Chemie, Astronomie, Geochemie und Machine Learning, um Herausforderungen im Forschungsfeld Origins of Life durch eine neuartige photochemische Perspektive zu bewältigen. Dazu kombiniert sie die ultraschnelle Pump-Probe-Spektroskopie mit präbiotischer Photochemie, um neue Reaktionspfade zu erschließen und die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen aufzuklären.
Bevor Corinna Kufner nach Jena kam, forschte sie sechs Jahre an der renommierten Harvard University, wo sie ein Labor für transiente Absorptionsspektroskopie aufbaute und leitete. Dort spezialisierte sie sich auf die ultraschnelle Pump-Probe-Spektroskopie, eine Technik, die extrem kurze molekulare Prozesse durch zeitaufgelöste Untersuchungen mit ultrakurzen Lichtimpulsen sichtbar macht.
Mit „Women in Photonics“ von Harvard nach Jena
Warum Jena? Die Weichen für einen Wechsel ans Leibniz-IPHT stellte der internationale Karriere-Workshop „Women in Photonics“, mit dem das Institut Nachwuchsforscherinnen mit Expertinnen aus Wissenschaft und Industrie vernetzt. Corinna Kufner nahm 2020 teil und lernte das Institut und seine technologische Infrastruktur kennen. „Das Leibniz-IPHT vereint genau die Disziplinen, die für meine Forschung essenziell sind: Photonik, Chemie und Lebenswissenschaften,“ erklärt Kufner.
„Wir freuen uns sehr, dass das Leibniz-IPHT und Jena mit Corinna Kufner eine exzellente Wissenschaftlerin gewinnen konnten,“ sagt Prof. Jürgen Popp, wissenschaftlicher Direktor des Leibniz-IPHT. Für ihn ist Kufners Wechsel auch ein Beleg für den Erfolg der gezielten Frauenförderung des Instituts: „Unser Ziel ist es, internationale Talente auf ihrem Weg in eine Karriere in der Photonik zu unterstützen und in Jena zu vernetzen. Es ist großartig zu sehen, wie diese Förderung Wirkung entfaltet.“
Grundlagenwissen für Medizin und nachhaltige Energieerzeugung
Kufners Forschung sei eine wertvolle Bereicherung für das Leibniz-IPHT mit seinem Schwerpunkt auf lichtbasierten Verfahren für die Lebenswissenschaften. „Die potenziellen Anwendungsbereiche ihrer Forschung ergänzen unsere Ziele in vielfacher Hinsicht: von der photodynamischen Krebstherapie und der UV-Sterilisation gegen Bakterien und Viren bis hin zur Entwicklung von Photokatalysatoren für nachhaltige Energieerzeugung.“
„Ich arbeite an der Schnittstelle zwischen Origins of Life und Photonik,“ sagt Kufner. „Auf dem Origins of Life-Feld wird bisher sehr wenig mechanistisch geforscht, besonders in Bezug auf photoinduzierte Prozesse. In der Pump-Probe-Spektroskopie-Community wiederum werden Fragen nach dem Ursprung des Lebens bisher kaum betrachtet. Ich führe diese beiden Felder zusammen.“ Das Leibniz-IPHT mit seinem Fokus auf „Photonics for Life“ biete ideale Bedingungen. „Die exzellente Infrastruktur und die Kollaborationsmöglichkeiten innerhalb Jenas, insbesondere mit der Friedrich-Schiller-Universität sowie im deutschen Netzwerk sind optimal, um meine interdisziplinäre Forschung voranzutreiben und die Ursprünge des Lebens in einem neuen Licht zu betrachten.“
Sie entdeckte, wie DNA UV-Schäden reparieren kann
Ihre wissenschaftliche Laufbahn begann Kufner in München, wo sie bei Prof. Wolfgang Zinth promovierte. Bei der Untersuchung der Photochemie von DNA-Oligonukleotiden entdeckte sie einen bemerkenswerten Effekt: „Ich stellte fest, dass bestimmte DNA-Sequenzen UV-bedingte Schäden auf eine Weise reparieren können, die sonst nur Enzymen zugeschrieben wird – jedoch ohne Enzyme,“ erklärt Kufner. Dieser Fund weckte ihr Interesse an der Präbiotik, dem Studium der chemischen Prozesse, die zur Entstehung des Lebens führten. Sie erkannte, dass diese lichtgesteuerten Reparaturmechanismen möglicherweise entscheidend für die ersten Protogenome der Erde waren – Vorläufer der heutigen DNA und RNA. „Das war der Link,“ sagt Kufner, „zu verstehen, was auf der Erde war, bevor die letzten gemeinsamen Vorfahren aller lebenden Organismen existierten.“
Werkzeuge für die Suche nach Leben auf anderen Planeten
Nach ihrer Promotion bot sich Kufner die Gelegenheit, nach Harvard zu wechseln, wo sie unter der Leitung von Prof. Dimitar Sasselov, einem Experten für Exoplanetenforschung, ein Labor für transiente Absorptionsspektroskopie aufbaute. Die Zusammenarbeit mit dem Astronomen eröffnete ihr eine neue Perspektive: Die astrobiologische Frage, wie Leben auf anderen Planeten entstehen könnte, wurde zu einem Thema ihrer Forschung. Mit ihrem Projekt „UV LiFE“ möchte sie dazu beitragen, Observable für Raumfahrtmissionen zu generieren, die nach Leben auf anderen Planeten suchen.
Über das Leibniz-Institut für Photonische Technologien
Im Mittelpunkt der Forschung am Leibniz-IPHT steht das Licht. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entwickeln innovative photonische Verfahren und Werkzeuge für Anwendungen in der klinischen Diagnostik – insbesondere in der Infektions- und Krebsdiagnostik –, in der Pharmazie und Prozesskontrolle, in der Lebensmittel- und Umweltsicherheit sowie zur Erforschung alternativer Energiequellen. Ein zentrales Ziel ist es, die Translation zu beschleunigen: die Umsetzung von Forschungsergebnissen in die Praxis – from Ideas to Instruments. www.leibniz-ipht.de
Über die Carl-Zeiss-Stiftung
Die Carl-Zeiss-Stiftung hat sich zum Ziel gesetzt, Freiräume für wissenschaftliche Durchbrüche zu schaffen. Als Partner exzellenter Wissenschaft unterstützt sie sowohl Grundlagenforschung als auch anwendungsorientierte Forschung und Lehre in den MINT-Fachbereichen (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik). 1889 von dem Physiker und Mathematiker Ernst Abbe gegründet, ist die Carl-Zeiss-Stiftung eine der ältesten und größten privaten wissenschaftsfördernden Stiftungen in Deutschland. Sie ist alleinige Eigentümerin der Carl Zeiss AG und SCHOTT AG. Ihre Projekte werden aus den Dividendenausschüttungen der beiden Stiftungsunternehmen finanziert.
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Dr. Corinna Kufner corinna.kufner@leibniz-ipht.de
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