Gemeinsame Forschungsgruppe des Exzellenzclusters PoL und des HZDR zur Entschlüsselung von Biomolekülen
Dr. Ellen Adams leitet ab Dezember 2021 die DRESDEN-concept Forschungsgruppe für Physikalische Chemie Biomolekularer Kondensate. Ihre Tenure-Track-Stelle mit Aussicht auf eine Professur wird gemeinsam vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und vom Exzellenzcluster Physics of Life (PoL) an der TU Dresden getragen. Ziel ist es, mittels neuester Terahertz-Technologien biophysikalische Prozesse von Grenzflächen – sogenannten membranlosen Kondensaten – im Zellinnern zu entschlüsseln, die beispielsweise eine Rolle bei neurodegenerativen Erkrankungen spielen.
Um die physikalischen Prozesse, die der Organisation des Lebens in
Molekülen, Zellen und Geweben zugrunde liegen, detailliert zu
beschreiben, braucht es neben einer hervorragenden Infrastruktur und
Interdisziplinarität vor allem auch international ausgewiesene
Spitzenforscher*innen. All dies hat Dresden mit der Technischen
Universität, dem HZDR und weiteren Partnern im Netzwerk DRESDEN-concept zu bieten.
Wechsel von Bochum nach Dresden
Mit an Bord ist künftig auch Ellen Adams, die ab Dezember 2021 mit
ihrer neuen gemeinsamen Forschungsgruppe zu biomolekularen Kondensaten
am Exzellenzcluster Physics of Life (PoL) der TU Dresden und am HZDR
tief in Zellen hineinsehen wird, um zu verstehen, wie diese im Detail
aufgebaut sind und sich auf der Ebene von Atomen und Molekülen
verhalten. Adams promovierte 2016 in Physikalischer Chemie an der Ohio State University, USA. Anschließend forschte sie als Postdoc an der KTH Royal Institute of Technology, Stockholm, Schweden, und an der Ruhr-Universität Bochum,
wo sie erstmals die Hydratationseigenschaften von biomolekularen
Kondensaten mit Hilfe von Terahertz-Spektroskopie untersuchte. „Die
Ergebnisse meiner Forschung haben nicht nur Auswirkungen auf die
Biologie, sondern auch auf viele andere Bereiche, in denen Wasser eine
wichtige Rolle spielt, darunter viele Bereiche der physikalischen
Chemie, Biochemie und Atmosphärenchemie. Um meine Forschungsziele zu
erreichen, ist eine interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen vielen
Forschungsbereichen unerlässlich. Das Exzellenzcluster PoL und das HZDR
bieten mir eine großartige Möglichkeit, meine Forschung fortzusetzen und
gleichzeitig in einer meiner liebsten Städte zu leben. Ich freue mich
darauf, Dresden mein neues Zuhause zu nennen“, betont die
Wissenschaftlerin.
Biologische Grenzflächen erforschen
Konkret wird sich Ellen Adams mit grundlegenden physikalischen
Phänomenen biologischer Grenzflächen befassen. Seit der Erfindung des
Mikroskops ist bekannt, dass bestimmte Bereiche in Zellen durch
Grenzflächen in Organellen eingeteilt sind und dadurch Bereiche mit
verschiedenen Funktionen in Zellen entstehen. Die seit Langem bekannten
Organellen, wie beispielsweise der Zellkern, werden dabei durch eine
biologische Membran abgetrennt. Umso verblüffender war die in Dresden
erfolgte Entdeckung von membranlosen, aber dennoch abgegrenzten
Organellen. Letztere entstehen durch eine sogenannte
Flüssig-Flüssig-Phasentrennung im Zellinnern, ähnlich wie Öltropfen, die
sich ohne eine Membran von der umgebenden Flüssigkeit abgrenzen. Fehler
in der Entstehung und Auflösung solcher Entmischungen stehen mit
verschiedenen Krankheiten in Zusammenhang und somit ist deren Regulation
ein wichtiger Forschungsgegenstand. Genau daran wird die Gruppe von
Ellen Adams arbeiten. Ziel ist es, die physikalischen Eigenschaften der
Grenzschichten und die Rolle des Wassers als Strukturbestandteil dieser
biologisch reaktiven Tropfen zu verstehen und gezielt zu beeinflussen.
Optimale Experimentierbedingungen am HZDR
Am HZDR findet die Forscherin die für ihre Vorhaben erforderlichen
hochkarätigen experimentellen Voraussetzungen. Hier ist es schon heute
möglich, sogenannte Terahertz-Strahlung für die Erforschung von
Biomolekülen zu nutzen. Dabei handelt es sich um besonders langwellige
Infrarotstrahlung, die speziell von Wassermolekülen aufgenommen wird.
Ellen Adams hat sich intensiv mit der Nutzung dieser Strahlung für die
Untersuchung der Wasserhülle um biologische Moleküle befasst und bringt
diese Expertise nun in das Dresdner Exzellenzcluster PoL ein. TELBE
heißt die bestehende Terahertz-Quelle an der Strahlquelle ELBE
(Elektronen Linearbeschleuniger für Strahlen hoher Brillanz und
niedriger Emittanz) des HZDR. Doch damit nicht genug – geplant ist für
die Zukunft eine grundlegende Erneuerung der Beschleunigeranlagen am
HZDR: das Zukunftsprojekt DALI
(Dresden Advanced Light Infrastructure). Der Biophysiker Prof. Karim
Fahmy, der seit 2002 am HZDR forscht, freut sich bereits auf die enge
Zusammenarbeit mit Ellen Adams und unterstreicht die Leistungsfähigkeit
der Infrastruktur am HZDR: „Die Weiterentwicklung von TELBE in Hinblick
auf höchste Strahlqualitäten soll unter anderem Nutzern aus der
Biophysik neue Experimentiermöglichkeiten schaffen. Hier sind die
Anforderungen der Gruppen aus DRESDEN-concept direkt für technische
Entwicklungen relevant, um biologische Proben unter
Experimentierbedingungen funktionsfähig zu halten. Damit wird der
Wissenschaftsstandort Dresden einmal mehr seine Leistungsfähigkeit
untermauern.“
Ideale Voraussetzungen also für einen guten Start und neue Forschungsergebnisse aus dem tiefsten Innern der Zelle.
-> Zur News des HZDR.
Foto ©Fabio Novelli: Dr. Ellen Adams.