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Marja Timmermans: Humboldt-Professorin mit Faible für kleine RNAs

Die Molekularbiologin Marja Timmermans gehört zu den renommiertesten Pflanzengenetikern weltweit. Sie fand heraus, wie pflanzliche Zellen miteinander durch mobile Ribonukleinsäure-Moleküle - small RNAs - kommunizieren können, ein grundsätzliches Prinzip, das nicht nur für Pflanzenzellen gilt, sondern von tierischen und menschlichen Zellen ebenso praktiziert wird. Die Methoden aus ihrem Labor werden heute auf der ganzen Welt angewendet. Jetzt wurde sie mit Deutschlands höchstdotiertem, internationalen Forschungspreis ausgezeichnet: Die Alexander von Humboldt-Professur machte es möglich, die Professorin vom amerikanischen Cold Spring Harbor Laboratory ans Tübinger Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen zu holen, wo sie ihre Forschungsarbeiten über die Mobilität von sRNA weiterführen wird.

Die Pflanzengenetikerin Prof. Dr. Marja Timmermans forscht seit Kurzem am Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen in Tübingen. © Timmermans

Prof. Dr. Marja Timmermans ist Biologin und studierte zunächst in den Niederlanden, dann in den USA. Ihre Motivation für ein naturwissenschaftliches Studium war das "Probleme lösen", wie sie es selbst nennt: "Man hat eine Art Geheimnis vor sich und versucht, es herauszubekommen - das mochte ich als Studentin. Das ist zwar manchmal ganz schön schwierig, aber wenn man es dann wirklich schafft, ist das ein tolles Gefühl." Von 1998 an forschte Timmermans dann im renommierten Cold Spring Harbor Laboratory an der amerikanischen Ostküste. Hier erhielt sie schon 2001 den Ruf zum "Assistant Professor", seit 2009 ist sie "Full Professor". Zudem ist sie im redaktionellen Beirat mehrerer Fachzeitschriften und in Auswahlausschüssen wie beispielsweise der National Science Foundation. Im April 2015 trat sie die Humboldt-Professur am Zentrum für Molekularbiologie für Pflanzen (ZMBP) in Tübingen an.

Humboldt-Stiftung holt Spitzenforscher nach Deutschland

Möglich machte den Wechsel Timmermans von den USA nach Tübingen die Alexander von Humboldt-Stiftung, die seit 2009 einmal im Jahr mit der Humboldt-Professur Deutschlands höchstdotierten internationalen Forschungspreis verleiht. Die Professur wird über fünf Jahre mit fünf Millionen Euro für experimentell arbeitende Forscher gefördert. Sie soll weltweit führende Spitzenforscher motivieren, an eine deutsche Universität zu wechseln. Finanziert wird der Preis vom Bundesforschungsministerium; die Tübinger Professur wird außerdem vom baden-württembergischen Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst unterstützt.

Im Mai 2015 wurde Marja Timmermans in Berlin mit Deutschlands höchstdotiertem Forschungspreis der Humboldt-Stiftung ausgezeichnet. Von links nach rechts: Bernd Engler (Rektor Eberhard Karls Universität Tübingen), Marja Timmermans (Alexander von Humboldt-Professorin 2015), Johanna Wanka (Bundesministerin für Bildung und Forschung), Helmut Schwarz (Präsident der Humboldt-Stiftung). © Humboldt-Stiftung/David Ausserhofer

Zur Molekularbiologie kam die Professorin, die ab sofort ihren Forschungsstützpunkt in Tübingen hat, ursprünglich eher durch Zufall: "Ich begann mit der Mikrobiologie, wo ich viel mit Zellkulturen arbeitete, aber schnell herausfand, dass ich es lieber mochte, mich mit einem Organismus als Ganzem - einer ganzen Pflanze oder einem Tier - zu beschäftigen", erzählt Timmermans. So war das Forschungsobjekt der Pflanzengenetikerin in ihrer Doktorarbeit die Modellpflanze Mais.

Bei der Pflanze als kompletter Organismus ist sie bis heute geblieben: An Modellpflanzen wie dem Mais oder der Ackerschmalwand Arabidopsis geht sie Forschungsfragen der Entwicklungsgenetik nach. Dabei ist die Ausbildung des Blattes das Spezialgebiet der Molekularbiologin.

Fasziniert vom permanenten Wachstum

In Timmermans Labor untersuchen die Biologen tagtäglich Mutanten der Modellpflanzen. Sie suchen nach interessanten Phänotypen, um herauszufinden, wie es funktioniert, dass eine Pflanze ständig wachsen kann. "Das Interessante an Pflanzen ist es ja, dass jeder Organismus mit einem kleinen Samen beginnt und dann permanent und für eine sehr lange Zeit wächst", erklärt die renommierte Professorin ihre Faszination für die Pflanze als Forschungsobjekt.

"Das kann ein Tier nicht; bereits ein Fötus hat all seine festgelegten Strukturen. Und deshalb interessiert es uns besonders, was aus einer pflanzlichen Stammzelle eine Stammzelle macht." Die identifizierten, interessantesten Mutanten werden dann auf molekularer Ebene untersucht. Die Wissenschaftler wollen damit verschiedenste Fragen klären - etwa wo sich die Gene befinden, die für die Mutation verantwortlich sind; wie sie exprimiert werden oder wo die produzierten Proteine hingelangen und wie sie untereinander interagieren.

Pflanzen "sprechen" über RNA miteinander

Arabidopsis-Jungpflanzen in der Wildtyp- und Mutanten-Form, wie sie von den Tübinger Forschern während ihrer Screens identifiziert werden. © Timmermans

Dank solcher molekularbiologischer Studien wissen die Forscher schon, dass Stammzellen untereinander Signale generieren. Dies geschieht, indem sie Moleküle produzieren, die für die Kommunikation zwischen den Zellen sorgen und diese sich so beispielsweise in einem sich neu bildenden Blatt "absprechen". "Das ist in etwa so wie ein GPS-System, das ständig mit seiner Zentrale in Verbindung steht", erklärt Timmermans. "Genauso kommunizieren die Pflanzenzellen untereinander und teilen den anderen Zellen mit, welche unterschiedlichen Funktionen jede Einzelne von ihnen in einem sich bildenden Blatt übernehmen soll."

Wie bei den Pflanzenzellen diese Kommunikation genau funktioniert, hat Timmermans mit ihrer Arbeitsgruppe auch bereits herausgefunden - ein Ergebnis, das sie als das Wichtigste in ihrer bisherigen wissenschaftlichen Karriere bezeichnet: Kleine Ribonukleinsäuren (small RNAs/sRNAs), die sich von einer Zelle zur nächsten bewegen können, sind sozusagen die "Sprache" der Pflanzenzellen. Diese sRNAs sind immer genau 21 Nukleotide lang und suchen Transkripte mit homologer Sequenz auf.

Zukünftige Anwendungen sind vielversprechend

Die Bewegung der sRNAs von Zelle zu Zelle ist aber nicht nur bei Pflanzen Mittel zur Kommunikation: Es scheint sich um ein universelles Prinzip zu handeln, das in den Zellen von Tieren grundsätzlich genauso praktiziert wird. Der zukünftige Anwendungsbereich verspricht groß zu werden, beispielsweise in der medizinischen Forschung zur Diagnose von metastasierenden Zellen von Tumoren. Ebenso aufmerksam wird das Prinzip in der Landwirtschaft betrachtet: In Forschungsansätzen verwenden Agrarwissenschaftler sRNA, um Pflanzenviren zu kontrollieren, die ihre eigene RNA in die infizierte Pflanzenzelle geschleust haben. Eine Bekämpfung von Pflanzenviren mit sRNA wäre eine schonende Alternative zur Verwendung giftiger Pflanzenschutzmittel.

Darstellung eines miR166-Gradienten in der Sprossachsen-Spitze einer Mais-Jungpflanze. Diese sRNA hemmt die Expression von Schlüsselfaktoren, die an der Regulation der Ausbildung der Blattoberseite beteiligt sind. © Timmermans

"Die Anwendung bei Tieren und beim Menschen ist aber ein ganzes Stück komplizierter", wie Timmermans meint. "Es werden derzeit aber große Anstrengungen unternommen, um Genfunktionen mit Hilfe dieses Werkzeugs zu kontrollieren." Und die Professorin fügt hinzu: "In jedem Fall sind sRNAs heute schon ein gutes Werkzeug für die Grundlagenforschung und irgendwann vielleicht auch, um Nutzpflanzen zu manipulieren und Krankheiten zumindest teilweise zu therapieren. Allerdings ist ihr Einsatz in der Medizin noch sehr weit von der täglichen Routine entfernt."

Grundlegende Erforschung der Zellkommunikation geplant

Die Pläne der Molekularbiologin für ihre Forschungsarbeiten in Tübingen sind: Genau zu studieren, wie die sRNA sich bewegt, welchen Weg sie von Zelle zur Zelle nimmt und vor allem welche quantitative Antwort sie auslöst - wichtige Prinzipien, die bislang noch überhaupt nicht geklärt sind.

"Die schönste Sache daran, Humboldt-Professorin zu sein, ist es, fünf Jahre an einem Problem arbeiten zu dürfen und dieses von wirklich sehr verschiedenen Seiten betrachten zu können", sagt die Preisträgerin. "Mit den Forschungsgeldern wurde mir eine Riesenchance gegeben - nämlich ein grundlegendes biologisches Problem in Angriff zu nehmen und zu lösen." Timmermans, die ausgesprochen gerne im Cold Spring Harbor Laboratory gearbeitet hat, schätzt zudem die wissenschaftliche Umgebung ihrer neuen Heimat Tübingen: Vor allem hat es ihr die Zusammenarbeit des ZMBP mit den Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie angetan: "Wir überlappen in unserer Forschung in vielen Bereichen, und das wird sicher für beide Seiten sehr positiv sein."

Die ersten Experimente am ZMBP sind für Juni geplant. Dann wird Timmermans' Arbeitsgruppe komplett sein: Die sechs dazu gehörenden Wissenschaftler kommen aus der ganzen Welt nach Tübingen. Timmermans, die erst vor knapp einem Jahr erfahren hat, dass sie mit dem Humboldt-Preis ausgezeichnet wird, ist stolz darauf, dass es so schnell geht und betont: "Die Leute hier in Tübingen und am ZMBP sind ausgesprochen hilfsbereit, sonst hätten wir das alles noch nicht geschafft."

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