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Laudatio zum Forschungspreis 2004 in der Kategorie „Grundlagenforschung“ (II)
gehalten am 3. Februar 2005
von Prof. Dr. Jörg Hacker
Direktor des Instituts für Molekulare Infektionsbiologie der Universität Würzburg
Vizepräsident der Deutschen Forschungsgemeinschaft
„Nothing makes sense in biology, but in den light of evolution”, “Nichts in der Biologie hat Sinn, wenn es nicht im Lichte der Evolution betrachtet wird”, diese klassischen Worte des amerikanischen Evolutionsbiologen, Theodor Dobszansky, die er in den 50er Jahren schrieb, haben heute nach wie vor ihren Sinn. Will man die Entwicklung des Lebens skizzieren, so spielen die Prozesse der Evolution eine Hauptrolle. Evolution im Sinne von Charles Darwin hat etwas zu tun mit der Veränderung des genetischen Materials, der Entstehung neuer Merkmale und mit dem „Wettbewerb“ um die besten Anpassungsstrategien („survival of the fittest“). Diese drei Merkmale, die auch als „Darwinistische Trias“ bezeichnet werden, wurden bereits im 19. Jahrhundert formuliert. Bis vor einigen Jahren war jedoch vieles, was auf dem Gebiet der Evolutionsforschung gesagt und geschrieben wurde, Spekulation. Heute hat uns die Molekularbiologie in die Lage versetzt, viele der Evolution zugrunde liegenden Prozesse molekular zu erklären. Darüber hinaus hat die Analyse von Grundlagenprozessen der Evolution dazu geführt, dass viele neue, medizinisch wichtige Wirkstoffe gefunden wurden, die dann die Grundlage für neue Arzneimittel bildeten.
Eines der Hauptmerkmale der Evolution ist kooperatives Handeln zwischen den Organismen. Die Biologen sprechen hier von einer „Symbiose“, die immer dann vorliegt, wenn zwei Partner zusammen agieren und auf der Grundlage der Kooperation beide davon profitieren. Der Würzburger Verhaltensforscher, Bernd Hölldobler, hat einmal formuliert, „Der wahre Egoist kooperiert“. Prozesse der Kooperation zwischen Organismen sind für das gesamte Gebiet der Lebenswissenschaften festzustellen. Bakterien, die mit dem Menschen kooperieren, beispielsweise die Vertreter der menschlichen Darmflora, die bestimmte Vitamine synthetisieren, die für uns Menschen wichtig sind, zählen zu diesen Kooperateuren. Gleichzeitig stellen wir Menschen den Lebensraum für diese Bakterien dar. Pflanzen kooperieren mit Bakterien, in dem sie ihnen ebenfalls den Lebensraum, beispielsweise in Wurzelzellen, zur Verfügung stellen. Gleichzeitig aber akkumulieren die Pflanzen die von Bakterien produzierten Stickstoff-Verbindungen. Auch viele Mikroorganismen, die mit Ameisen, Läusen, Schwämmen oder Käfern assoziiert sind, haben symbiontische Aktivitäten ausgebildet. Viele von diesen symbiontischen Interaktionen waren bisher molekular nicht charakterisiert. Im Hinblick auf ihre Wirkungen gab es viele Spekulationen. Forschern, wie Jörg Piel ist es nun gelungen, Licht in diese kooperativen Vorgänge zu bringen.
Dabei bin ich auf schon bei den Arbeiten, für die Jörn Piel den Thüringer Forschungspreis des Jahres 2004 erhält. Er hat sich beschäftigt mit der Interaktion von Bakterien und höheren Organismen, die zur Gruppe der Kurzflügelkäfer oder auch Paederus zählen. Herr Piel konnte nachweisen, dass in diesen Käfern eine Verbindung synthetisiert wird, die als Polyketid bezeichnet wird. Derartige Polyketide werden i. d. R. von Bakterien gebildet, sie stellen die Grundlage für viele wichtige Arzneimittel, wie Anti-Tumorstoffe oder Antibiotika dar. Es zeigte sich nun, dass Bakterien, die im Labor nicht anzüchtbar sind, in enger Assoziation mit den Kurzflügelkäfern leben. Die schon erwähnten Polyketide werden nun von diesen nicht kultivierbaren Bakterien produziert. Sie helfen dabei, dass das Gesamtsystem Käfer / Bakterien überlebt und sich in der Umwelt durchsetzt. Mit Hilfe moderner gentechnischer Analysen ist es Herrn Piel gelungen, die Gene, die für diese Polyketide kodieren, zu klonieren, zu analysieren und die entsprechende Verbindung chemisch aufzuklären. Möglicherweise haben wir es bei diesen Polyketiden mit einer neuen Wirkstoffklasse zu tun, die die Grundlage für neue Arzneimittel legen könnte. Insofern könnten die Arbeiten von Herrn Piel auch große praktische Bedeutung erlangen.
Die Arbeiten von Herrn Piel tragen aber vor allem dazu bei, die komplizierten Prozesse der Evolution der Organismen besser zu verstehen. So zeigte es sich, dass die von Herrn Piel isolierten Gene möglicherweise durch natürlich vorkommenden Gentransfer in das Genom der mit den Käfern assoziierten Bakterien gelangten. Der Mikrobiologe, Stanley Falkow, nannte diese Prozesse des Gentransfers „Quantensprünge der Evolution“. Durch Gentransfer können schnell neue Eigenschaften entstehen, die das Anpassungspotential von Mikroorganismen erhöhen. Es handelt sich bei diesen Mechanismen möglicherweise um die berühmten Würfel-Prozesse, von denen Einstein meinte, dass sie Gott nicht zulassen würde („Gott würfelt nicht“). So zeigt sich möglicherweise im Einstein-Jahr, dass Albert Einstein nicht in allen seinen Aussagen recht hatte, die Prozesse der Evolution sind in der Tat durch Gentransfer und Mutation zu erklären.
Jörn Piel, der sich mit seinen Arbeiten zur Analyse der Polyketide, die von Käfer-assoziierten Bakterien produziert werden, ein großes internationales Renommee verschaffte, stammt aus dem Rheinland. Seine Diplomarbeit führte er in Bonn im Labor von Prof. Boland durch. Mit Herrn Bohland ging er dann auch, nachdem er im Jahre 1998 seine Dissertation mit der Note „summa cum laude“ abgeschlossen hatte und nachdem er einen Forschungsaufenthalt in den USA absolviert hatte, an das neu gegründete „Max-Planck-Institut für Chemische Ökologie“ in Jena. Hier war er Leiter einer unabhängigen Nachwuchsgruppe, in deren Verlauf er die hier skizzierten Arbeiten durchführte. Herr Piel legt eine beeindruckende Publikationsliste vor, die Arbeiten in den weltweit besten Zeitschriften, darunter in den „Proceedings“ der „National Academy of Sciences“ der USA, aufweist. Es konnte nicht ausbleiben, dass Herr Piel Stipendien und Preise erwarb. Kürzlich wurde er auf eine C3-Professur für Biologische und Organische Chemie an die Universität Bonn berufen. Mit Herrn Piel ehrt das Land Thüringen einen Wissenschaftler, der die Grenzen zwischen den traditionellen Wissenschaftsgebieten gesprengt hat und der in dem Grenzbereich zwischen Biologie und Chemie Aufsehen erregende Leistungen aufzuweisen hat. Seine Arbeiten zeigen, dass sich die aufregenden wissenschaftlichen Erkenntnisse momentan an den Grenzen der Fächer abspielen. Herr Piel ist so ein Grenzgänger und mit seinen Arbeiten hat er es geschafft, Grenzen der Fächer zu überschreiten und neue Erkenntnisse zu gewinnen. Ich gratuliere Herrn Piel zur Erlangung des Thüringer Forschungspreises 2004.