Forschungsprojekte, Wettbewerbe / Auszeichnungen

Die Philosophin Alyssa Ney, der Neuroimmunologe Martin Kerschensteiner und der Chemiker Thomas Carell werden vom Europäischen Forschungsrat (ERC) jeweils mit einem Advanced Grant ausgezeichnet. Mit den Fördergeldern von bis zu 2,5 Millionen Euro werden hochinnovative Forschungsprojekte unterstützt, die über den bisherigen Forschungsstand hinausgehen und neue Forschungsgebiete erschließen.

Professor Matthias Tschöp, Universitätspräsident der LMU, gratuliert: „Heute haben wir wirklich Grund zur Freude: Unsere Universität hat gleich drei neue ERC Advanced Grants eingeworben! Das ist eine fantastische Nachricht und eine großartige Anerkennung für die herausragende Forschung, die täglich bei uns geleistet wird. Mein herzlicher Glückwunsch geht an Professorin Alyssa Ney, Professor Thomas Carell und Professor Martin Kerschensteiner und ihre Teams. Mit ihren Ideen, ihrer Kreativität und ihrem Einsatz tragen sie dazu bei, dass wir wissenschaftlich an der Spitze mitspielen, dass unsere Universität international sichtbar ist und interdisziplinär immer wieder neue Wege geht.“

Die vom ERC geförderten Projekte im Einzelnen

Über die Natur der Quantenrealität

Professorin Alyssa Ney ist Inhaberin des Lehrstuhls für Metaphysik an der Fakultät für Philosophie, Wissenschaftstheorie und Religionswissenschaft der LMU und Mitglied im Exzellenzcluster MCQST.

Quantentechnologien könnten schon bald Teil unseres Alltags werden. Doch auch 100 Jahre nach Entdeckung der Quantenphysik gibt es noch immer keinen Konsens darüber, was sie über die Realität aussagt. Quantenphänomene wie die Verschränkung stellen unsere Vorstellung von Wirklichkeit infrage.

Die Rolle des Beobachters

Mit ihrem neuen ERC-Projekt MetaQ – The Nature of Quantum Reality will Alyssa Ney Erkenntnisse aus Physik und Philosophie zusammenführen, um ein tieferes Verständnis der Quantenwelt und unseres Platzes in ihr zu ermöglichen. Eine zentrale Prämisse des Projekts lautet, dass ein Konsens über die weitreichenden Einsichten der Quantenphysik bislang an grundlegenden Meinungsverschiedenheiten über die Rolle des Beobachters in physikalischen Theorien gescheitert ist. Dies habe dazu geführt, dass Philosophinnen und Philosophen zögerten, die in der Physik einflussreichsten Interpretationen der Quantenmechanik ernst zu nehmen. Während eine prominente, auf Albert Einstein zurückgehende Sicht davon ausgeht, dass Beobachter in einer grundlegenden physikalischen Theorie keinen Platz haben, vertreten heute viele Physikerinnen und Physiker die Auffassung, dass sich die von der Quantenphysik beschriebene Realität nicht verstehen lässt, ohne Beobachtern eine besondere Rolle zuzuschreiben.

Die erste Aufgabe von MetaQ besteht darin, jene Vorstellungen von Quantenrealität präzise zu fassen, die in der Quantenphysik derzeit besonders einflussreich sind und Beobachtern eine besondere Bedeutung zuschreiben. Sie gehen auf die Idee des Physikers John Wheeler zurück, dass wir in einem „participatory universe“ leben, aus der später das Konzept „it-from-bit“ hervorging. Zu diesen Ansätzen zählen der QBismus sowie die informationstheoretischen Theorien von Caslav Brukner, Markus Müller und Anton Zeilinger.

MetaQ soll die erste umfassende interdisziplinäre metaphysische Analyse und Bewertung dieser Ansätze liefern. „Darauf aufbauend wollen wir eine Interpretation der Quantenrealität entwickeln, die in der Metaphysik eingesetzt werden kann, um die Arbeit an mehreren grundlegenden philosophischen Fragen voranzubringen“, sagt Ney. Es gehe um Fragen nach dem Wesen der physikalischen Realität, ihrer Verbindung mit uns selbst und unserem Geist und unserem Status als frei Handelnde.

Neue Angriffspunkte für die Behandlung der Multiplen Sklerose

Professor Martin Kerschensteiner ist Direktor des Instituts für Klinische Neuroimmunologie und Sprecher des Biomedizinischen Centrums der LMU sowie Mitglied im Exzellenzcluster SyNergy.

Die Multiple Sklerose (MS) ist die häufigste Ursache neurologischer Beeinträchtigungen bei jungen Erwachsenen. Bei dieser chronisch entzündlichen Erkrankung greift das Immunsystem Gehirn und Rückenmark an und schädigt die Nervenfasern und die Myelinschicht. Eine zentrale Rolle spielen myeloide Zellen wie Makrophagen, Monozyten und Mikroglia, die über alle Erkrankungsstadien wesentlich zur Gewebezerstörung beitragen. Welche Signale diese Zellen steuern, ist bislang nur unzureichend verstanden.

Diese Wissenslücke will Kerschensteiner nun mit seinem Projekt TACO (Targeting myeloid cell states, actions and interactions in neuroinflammation) schließen und dabei neue Ansätze entwickeln, die es erlauben, die Informationen, die moderne Einzelzell-Technologien liefern, besser für die Entwicklung neuer Therapiestrategien nutzbar zu machen: Statt Gewebe nur im Durchschnitt zu analysieren, können mit diesen Technologien die genetische Ausstattung und Funktionsweise einzelner Zellen detailliert untersucht werden – so lassen sich komplexe Krankheitsprozesse in bisher unerreichter Präzision erfassen. „Wenn wir aber das ganze Potenzial dieser Einzelzell-Revolution für Patienten ausschöpfen wollen, müssen wir neue Wege finden, um die molekulare Regulation von zellulären Phänotypen, Funktionen und Interaktionen in großem Maßstab und in vivo zu untersuchen“, betont der Neuroimmunologe.

Vielversprechende Signalwege myeloider Zellen identifizieren

Ziel seines Projekts ist es, eine effiziente und gezielte Beeinflussung myeloider Zellen zu ermöglichen. Dafür hat er hochauflösende Datensätze erhoben, die die Kommunikation myeloider Zellen im Verlauf der Erkrankung an MS erfassen. Nun will er identifizieren, welche dieser Signale sich besonders als Ziel für therapeutische Eingriffe eignen.

Dazu wird er zunächst neuartige In-vivo-CRISPR-Screening-Methoden entwickeln, um die entscheidenden Steuerungsmechanismen myeloider Zellen in MS-Modellen systematisch aufzudecken. Anschließend sollen genetische Manipulationen mittels CRISPR mit Einzelzelltechnologien, räumlicher Transkriptomik und Multiphotonenmikroskopie kombiniert werden, um zu untersuchen, wie diese Signale zelluläre Phänotypen, Funktionen und Interaktionen im entzündeten Zentralnervensystem prägen. Schließlich will er mit seinem Team diejenigen Signalwege identifizieren, die über verschiedene Krankheitsstadien und Läsionsorte hinweg das größte therapeutische Potenzial besitzen.

„Ziel von TACO ist es, das Potenzial bestehender und neuer (Multi-)Omics-Datensätze nutzbar zu machen, um gezieltere Therapien für unterschiedliche Krankheitsstadien, Läsionsorte und Zellzustände zu entwickeln“, sagt Kerschensteiner. „Wir hoffen, dass dieses Projekt neue Ansatzpunkte für die Behandlung der MS liefert und es uns erlaubt, eine vielseitig anwendbare technologische Plattform aufzubauen, die sich leicht an andere Erkrankungen anpassen lässt, an denen myeloide Zellen beteiligt sind.“

Eine neue Klasse von RNA-Molekülen

Professor Thomas Carell ist Inhaber des Lehrstuhls für Organische Chemie am Institut für Chemische Epigenetik der LMU und Mitglied im Exzellenzcluster NUCLEATE.

RNA spielt eine Schlüsselrolle bei der Proteinbiosynthese – dem Prozess, bei dem in der Zelle genetische Informationen in funktionale Eiweiß-Bausteine übersetzt werden. Sie kann sowohl genetische Informationen speichern als auch biochemische Reaktionen katalysieren. Das macht die Klasse der Ribonukleinsäuren zu einem der wichtigsten Elemente, um zu verstehen, wie das Leben auf molekularer Ebene funktioniert. Die Forschung der letzten Jahre hat gezeigt, dass RNA sogar noch deutlich vielseitiger ist als bislang gedacht und zahlreiche weitere Funktionen erfüllt, von denen viele noch wenig erforscht oder gänzlich unbekannt sind.

Eine oft übersehene Eigenschaft von RNA ist zum Beispiel, dass sie neben den „klassischen“ vier Nukleinbasen Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil etwa 170 weitere, von der Standardstruktur abweichende Nukleoside enthält. Sogenannte Transfer-RNAs (tRNAs) weisen als zentrale Adaptermoleküle für die Translation die höchste Anzahl dieser nicht-kanonischen Nukleoside auf. Eine kürzlich gemachte überraschende Entdeckung zeigte, dass tRNAs durch teilweise unbekannte Enzyme in kleinere Fragmente, sogenannte tsRNAs, gespalten werden.

Die Rolle nicht-kanonischer Nukleoside

Im Zuge seines ERC-Projekts RFrag – Synthesis and Function of Non-Canonical RNA Fragments will Thomas Carell erforschen, welche Funktionen diese völlig neue Klasse von RNA-Molekülen erfüllt.

Um diese Frage zu beantworten, will Carells Team die RNA-Fragmente zunächst gezielt im Labor herstellen. Dafür entwickeln die Forschenden chemische Bausteine, mit denen sich tsRNAs synthetisieren lassen, die auch die nicht-kanonischen Nukleoside enthalten. Bisher beruht ein Großteil des Wissens über tsRNAs auf künstlich hergestellten RNA-Molekülen, denen diese unüblichen Bausteine fehlen. Welche Rolle die Modifikationen für die Funktion der Fragmente spielen, ist daher weitgehend ungeklärt.

Die Forschenden wollen klären, wie die RNA-Fragmente von spezifischen Enzymen weiterverarbeitet werden – und die Enzyme charakterisieren, die daran beteiligt sind. Eine zentrale Frage des Projekts ist auch, ob und wie tsRNAs und ihre Spaltprodukte das Immunsystem beeinflussen. Erste Daten deuten nämlich darauf hin, dass die RNA-Fragmente Immunreaktionen anstoßen können – möglicherweise auch solche, die für die Abwehr von Krebszellen relevant sind.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf tsRNAs aus krankheitserregenden Bakterien: Viele Bakterien besitzen eigene, charakteristische nicht-kanonische Nukleoside. Carells Team vermutet, dass gerade solche Strukturen besonders starke Immunantworten auslösen. „Unsere Arbeit wird nicht nur neue Einblicke in die Biologie der RNA liefern“, so Carell, „sondern könnte auch das Verständnis darüber erweitern, wie das Immunsystem Fremd-RNA und damit Infektionen oder auch Tumore erkennt. Gerade Tumor-RNA ist bezüglich der Modifikationen oft ganz anders als die RNA von gesunden Zellen.“

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