„Mit dem Max-Planck-Humboldt-Forschungspreis haben wir ein wirksames Instrument zur Stärkung des Wissenschaftsstandorts Deutschland etabliert. Das Forschungsprojekt von Roberto Bonasio ist ein faszinierendes und zugleich sehr anschauliches Beispiel der Grundlagenforschung. Es freut mich daher sehr, dass er dazu mit Neurowissenschaftlern und Epigenetikern in Freiburg weiter forschen wird“, sagt Bundesforschungsministerin Anja Karliczek. „Unsere Preisträger leisten heute einen entscheidenden Beitrag für den internationalen wissenschaftlichen Austausch in einer Welt, in der Unvoreingenommenheit und Zusammenhalt immer wieder neu behauptet werden müssen“, sagt Hans-Christian Pape, Präsident der Alexander von Humboldt-Stiftung. „Roberto Bonasio und Luciano Marraffini sind Spitzenwissenschaftler auf dem Gebiet der Lebenswissenschaften, die sich erfolgreich in einem mehrstufigen, kompetitiven Auswahlverfahren der Alexander von Humboldt-Stiftung und Max-Planck-Gesellschaft durchgesetzt haben“, ergänzt Max-Planck-Präsident Martin Stratmann.

Von der Arbeiterin zur Königin

In einem Ameisenstaat herrscht große Vielfalt. Königin, Soldaten und Arbeiterinnen bilden verschiedene Kasten und können sich stark in Aussehen und Verhalten voneinander unterscheiden – und das, obwohl alle Individuen die gleichen Gene besitzen. Nicht die Gene selbst verursachen folglich die Unterschiede, sondern ihre Steuerung über sogenannte epigenetische Markierungen im Erbgut. Diese steuern die Aktivität von Genen und spielen so für die Ausbildung unterschiedlicher Verhaltensweisen und Äußerlichkeiten eine zentrale Rolle.

Ameisen sind also für die Erforschung der epigenetischen Steuerung im Gehirn ideale Untersuchungsobjekte. Roberto Bonasio hat das Erbgut der Ameisenart Harpegnathos saltator mit einer sehr hohen Genauigkeit entschlüsselt. Die Art hat sich seitdem zu einem Modellorganismus entwickelt, an dem Forschende die Auswirkungen epigenetischer Veränderungen untersuchen können. Harpegnathos saltator kommt in Indien vor und wird zwei bis drei Zentimeter lang. Die Tiere leben in kleinen Kolonien mit einer Königin, die sich zwar äußerlich nicht sehr von den anderen Mitgliedern der Kolonie unterscheidet, dafür aber im Verhalten. Ausgewachsene Harpegnathos-Arbeiterinnen haben die unter Ameisen seltene Fähigkeit, sich in sogenannte Pseudo-Königinnen umzuwandeln. Sie verhalten sich dann wie echte Königinnen, legen Eier und leben länger. Bonasio und sein Team können diese Verwandlung im Labor künstlich anstoßen und so die veränderte Genaktivität der Tiere analysieren.

Auf diese Weise können die Forschenden die epigenetischen Markierungen, Transkriptionsfaktoren – Proteine, die die Aktivität von Genen steuern – und neuronalen Botenstoffe untersuchen, die für diesen Kastenwechsel verantwortlich sind. Sie haben hunderte von Genen identifiziert, die bei der Umwandlung von Arbeiterinnen in Pseudo-Königinnen im Gehirn der Tiere ihre Aktivität ändern. Besonders das Gen für Corazonin, ein aus wenigen Aminosäuren bestehendes Peptid, ist dabei besonders stark im Gehirn der Arbeiterinnen aktiv. Mit einer Reihe ausgeklügelter Experimente haben Bonasio und sein Team damit nachgewiesen, dass es für verschiedene Verhaltensweisen der Arbeiterinnen verantwortlich ist, zum Beispiel die Jagd und Nahrungsbeschaffung für die Königin.

Von Pennsylvania nach Freiburg

Für diese und weitere bedeutsame Entdeckungen sowie für seine Verdienste in der Entwicklung neuer Untersuchungsmethoden erhält Roberto Bonasio den Max-Planck-Humboldt-Forschungspreis, der besonders innovative Forschende im Ausland auszeichnet. Aufgewachsen in Sesto Calende am Lago Maggiore studierte Bonasio zunächst Biotechnologie in Mailand. Nach Stationen in Harvard und an der Universität New York, leitet er seit 2014 sein eigenes Labor an der Perelman School of Medicine der Universität Pennsylvania.

Mit der Auszeichnung verbunden ist auch ein Forschungsprojekt, für das er am Universitätsklinikum Freiburg (UKF) ein eigenes Labor aufbauen wird. Gemeinsam mit dortigen Wissenschaftlern um den Neuropathologen Marco Prinz (UKF) und den Epigenetiker Marc Timmers (UKF/DKTK) will Bonasio die Umstrukturierung des Gehirns bei Individuen genauer untersuchen, die zwischen Arbeiterinnen- und Königinnenstatus wechseln. Es ist genau diese Formbarkeit des Gehirns, die den Ansatz so vielversprechend macht für Anwendungen beim Menschen. Die Erkenntnisse zur epigenetischen Kontrolle dieser Veränderungen im Gehirn könnten auch für neurologische Erkrankungen wie Alzheimer relevant sein.

Weltweit führender CRISPR/Cas-Experte

Ebenfalls ausgezeichnet wird Luciano Marraffini. Der ursprünglich aus Argentinien stammende Mikrobiologe forscht nach Forschungsaufenthalten an der Universität Chicago und der Northwestern University in Evanston seit 2010 an der Rockefeller Universität in New York. Luciano Marraffini gilt als einer der weltweit führenden CRISPR/Cas-Experten. Seine frühen Arbeiten an diesem bakteriellen Abwehrsystem waren wegbereitend für die heute breite Anwendung von CRISPR/Cas als molekulares Werkzeug zur Veränderung von DNA. So hat er beispielsweise entdeckt, dass CRISPR nicht RNA-Moleküle schneidet wie bis dahin vermutet, sondern DNA. Auf diese Weise werden Viren unschädlich gemacht und es bildet sich eine dauerhafte Immunität. Zu seinen bedeutendsten Befunden zählt zudem, wie Bakterien die Abschnitte aus dem Virusgenom auswählen, die sie in ihr eigenes Erbgut einbauen, und wie sie verhindern, dass sich das CRISPR-System gegen sie selbst richtet.

Schon früh erkannte er das große Potenzial seiner Entdeckung. Damit trug er bedeutend dazu bei, das System für die gezielte Veränderung von DNA nutzbar zu machen. Inzwischen erforschen Marraffini und sein Team, wie das Abwehrsystem bei Archaeen funktioniert – einer Bakterien-ähnlichen Gruppe von Mikroorganismen, mit diesen aber nur entfernt verwandt. Mit der Max-Planck-Humboldt-Medaille würdigen die Max-Planck-Gesellschaft und die Alexander von Humboldt-Stiftung die außergewöhnliche Leistung des Wissenschaftlers.

Über den Preis

Die Max-Planck-Gesellschaft und die Alexander von Humboldt-Stiftung verleihen den 2018 neu ausgerichteten und mit 1,5 Millionen Euro dotierten Max-Planck-Humboldt-Forschungspreis an eine Forscherin oder einen Forscher aus dem Ausland. Die Auszeichnung wird durch 80.000 Euro als persönliches Preisgeld ergänzt.

Im Fokus stehen Persönlichkeiten, deren Arbeiten sich durch herausragendes Zukunftspotenzial auszeichnen. So werden mit dem Preis besonders innovative im Ausland tätige Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für zeitlich begrenzte Aufenthalte an einer deutschen Hochschule oder Forschungseinrichtung gewonnen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert den Preis.

Der Preis wird jährlich abwechselnd auf den Gebieten der Natur- und Ingenieurwissenschaften, der Lebenswissenschaften und der Geistes- und Sozialwissenschaften vergeben. Zudem können bis zu zwei weitere Personen nominiert und jeweils mit einer Max-Planck-Humboldt-Medaille ausgezeichnet werden. Diese ist mit einem Preisgeld in Höhe von 60.000 Euro dotiert.

Originalpublikation: https://www.mpg.de/15523732/max-planck-humboldt-forschungspreis-2020