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Die Molekül-Detektivin

Zusammen mit Laserphysikern wird Molekularbiologin Dr. Mihaela Zigman erkunden wie man mit Lichtpulsen Krebszellen frühzeitig detektieren kann.

Grundlegenden Prozessen unseres Lebens, von der Befruchtung bis zur komplexen Entwicklung unseres Gehirns, beruhen auf der Interaktion menschlicher Zellen in unserem Körper. „Unser Ziel ist es, diese hohe Komplexität durch das Studium der Funktion einzelner Zellen, der kleinsten Organisationseinheiten unserer Organe, zu verstehen” sagt Dr. Mihaela Zigman. „Dafür müssen wir das Zusammenspiel von Molekülen erforschen.” Einzelne Moleküle in unserem Körper zu detektieren und diese der Funktion einer Zelle zuzuordnen ist aber keineswegs trivial. „Wir benötigen neuartige, nichtinvasive Technologien um das zu schaffen”, meint die Molekularbiologin. Wie die winzigen chemischen Bausteine des Lebens die Entwicklung von Organismen bestimmen, fasziniert die slowenische Forscherin schon seit ihrem Studium der Molekularbiologie an der Universität von Ljubljana und ihrem Doktorat im Bereich der Molekularbiologie an der Universität Wien.

„Biologische Spitzenforschung bedeutet die richtigen, einfachen Fragen zu stellen und diese strukturiert anzugehen” sagt sie. Das tat Mihaela Zigman dann auch als Postdoc in der Forschungsgruppe von Dr. Jürgen Knoblich am Institut für Molekulare Pathologie (IMP/IMBA) Wien. „Wir haben erstmals in höheren Tieren einen Prozess in Stammzellen entdeckt, der es ihnen ermöglicht, bestimmte Moleküle während ihrer Teilung gezielt in die Tochterzelle abzusondern. Dies nennt man asymmetrische Zellteilung, eine Eigenschaft sich selbst zu regenerieren und immer neue Tochterzellen zu bilden, wie z.B. Neuronen in unserem Gehirn”, erklärt sie.

Aufbauend auf diese Arbeit wollte Mihaela Zigman den molekularen Prozess der asymmetrischen Zellteilung besser verstehen, indem sie ihn hochauflösend und live im lebendigen Organismus beobachtete. Dazu entschied sie sich, die notwendige Technologie mit Dr. Cecilia Moens am Krebsforschungszentrum Fred Hutchinson Cancer Research Institute in Seattle (USA) aufzubauen. Als Howard Hughes Medical Institute (HHMI) Research Affiliate rückte der Zebrafisch als Modellsystem in den Fokus ihrer Arbeit. An transparenten Zebrafischembryonen erforschte sie, welche Moleküle in den Stammzellen die Richtung ihrer Teilung vorgeben. Diese Moleküle sind  vergleichbar mit einem inneren Kompass der Stammzellen. Nur durch die exakte räumliche Anordnung (Polarisierung) von menschlichen Zellen können nämlich definierte Interaktionen zwischen Zellen und somit funktionelle Organe, wie z.B. unser Gehirn entstehen.

Mihaela Zigman zog es dann zurück nach Europa, genauer gesagt nach Heidelberg. Dort erforschte sie als Juniorforschungsgruppenleiterin am Centre for Organismal Studies (COS) und der Heidelberger Akademie der Wissenschaften mit ihrem Team die molekulare Funktion eines Krebsgens. Ihr Team hat ein Gen nachgewiesen, das die polarisierte Teilung von Nervenzellen im Gehirn entscheidend bestimmt.

Nun ist Mihaela Zigman in München, im Exzellenzcluster MAP, angekommen und wird hier ein neues Forschungsvorhaben als Molekularbiologin am Lehrstuhl von Prof. Dr. Ferenc Krausz unterstützen und es auf biomedizinischer Seite leiten. Das interdisziplinäre Team will herausfinden, wie man mit starken infraroten Femtosekunden-Laserpulsen bestimmte Moleküle schon in geringsten Mengen in menschlichen Zellen, im Blut oder in der Atemluft von Menschen detektiert. „Wir kennen schon einige definierte Unterschiede im molekularen Aufbau von Zellen wenn man gesunde mit kranken Menschen vergleicht“ erklärt Mihaela Zigman. Mit der neuartigen sensiblen Technologie könnte man daher möglicherweise schon kleinste molekulare Unterschiede in einem sehr frühen Stadium diagnostizieren. Dieser technische Vorsprung ist medizinisch entscheidend, wenn man untersucht ob Patienten an einem Frühstadium von Krebs leiden. „Hierzu ist noch eine Menge Technikentwicklung notwendig, insbesondere ob wir auch direkt maßgebende krankhafte molekulare Veränderungen innerhalb einzelner Zellen in der Komplexität der Billionen einzelner Zellen in unserem Körper detektieren und zuordnen können“, erläutert die Forscherin.

„Physiker haben die moderne molekulare Genetik vor mehr als 70 Jahren mitbegründet, und Sprünge in technologischen Entwicklungen haben es der Grundlagen- und angewandten biomedizinischen Forschung immer erlaubt neue Wege einzuschlagen”, so Mihaela Zigman. „Wir werden auf große Herausforderungen treffen. Aber wir haben die besten Gründe zu hoffen, mit der neuartigen physikalischen Technologie zukünftig physiologisch und pathologisch relevante Probleme in der Medizin zu lösen.”

text: Thorsten Naeser