EU-Förderung für Wiener 3D-Landkarte des Erbguts
ERC Advanced Grant für IMBA-Forscher Daniel Gerlich
Für die Weiterentwicklung seiner im Oktober publizierten 3D-Landkarte des Erbgutes wurde der Wiener Forscher Daniel Gerlich als einer der erfolgreichsten und vielversprechendsten europäischen Forscher für die Förderung durch einen ERC Advanced Grant ausgewählt. In den nächsten fünf Jahren erhält der Senior Group Leader am Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften eine Förderung in Millionenhöhe vom Europäischen Forschungsrat ERC für sein Projekt zur dreidimensionalen Erforschung des menschlichen Genoms.
Die DNA enthält die Summe aller genetischen Informationen für einen Organismus. Würde man sie auseinanderziehen, dann wäre sie unglaubliche zwei Meter lang. Um in einen Zellkern zu passen, muss unser Erbgut komplex aufgewickelt und gefaltet werden – vergleichbar etwa mit einem 20 Kilometer langen Faden, der in einen Tennisball zusammengeknüllt wird. Bei jeder Teilung wird das zuvor verdoppelte Erbgut auf zwei Tochterzellen aufgeteilt und muss wiederum richtig gefaltet und verpackt werden.
Durch diese Faltung ist es möglich, dass sich Bereiche im Erbgut räumlich nahe kommen, die gar nicht in unmittelbarer Nähe auf dem DNA-Strang liegen. Das ist wichtig, um Gene zu aktivieren oder zu unterdrücken. Das geht nur, wenn diese Bereiche miteinander in Kontakt kommen. Auch bei Reparaturvorgängen ist die dreidimensionale Organisation der DNA-Stränge wesentlich, damit wie durch eine Sicherheitskopie fehlerhafte Passagen im Erbgut ausgebessert werden können.
Neue Technologie mit superauflösendem Bildverfahren und maschinellem Lernen
Das ERC-geförderte Projekt baut auf einer neuen, vom Gerlich-Labor entwickelten Technologie auf, die es ermöglicht, topologische Interaktionen innerhalb und zwischen vervielfältigten DNA-Molekülen menschlicher Chromosomen nachzuweisen. Im Rahmen des ERC Advanced Grant-Projekts will Gerlich nun Technologien der nächsten Generation entwickeln, um damit die dreidimensionale Organisation vervielfältigter Chromosomen mit wesentlich höherer Auflösung zu analysieren. Mittels DNA-Sequenzierung und mit superauflösenden Mikroskopen wird die Funktion von Proteinkomplexen untersucht, die DNA-Schlaufen bilden oder entfernte DNA-Abschnitte miteinander verbinden.
Die komplexen Datensätze werden durch maschinelles Lernen analysiert. Ziel ist es, die molekularen Mechanismen zu verstehen, die die Organisation vervielfältigter menschlicher Genome steuern. "Zusammengenommen werden uns diese Entwicklungen wichtige Fortschritte beim Verständnis eines grundlegenden, aber weitgehend vernachlässigten Aspekts der Chromosomenbiologie ermöglichen - wie replizierte Schwesterchromatiden topologisch interagieren, um die Reparatur, Expression und Weitervererbung von Genomen zu unterstützen", sagt Daniel Gerlich.
Über das Gerlich-Labor am IMBA
Daniel Gerlich forscht mit seinem Team an der Zellteilung und den mechanischen Eigenschaften des Erbguts. Wie wird die Erbmasse während der Zellteilung zu Chromosomen verdichtet? Wie verteilen sich diese dann richtig auf die zwei Tochterzellen? Welche Proteine regulieren diesen Prozess? Um die dynamischen Vorgänge während der Zellteilung zu analysieren, haben die Forscher Mikroskope automatisiert und wenden innovative Methoden wie „Deep Machine Learning“ an, bei denen der Computer Regeln für die Unterscheidung von Zellmorphologien erlernt.
Nach seinem Studium der Biologie an der Universität Freiburg forschte Daniel Gerlich am Deutschen Krebsforschungsinstitut (DKFZ) und am Europäischen Molekularbiologie Labor (EMBL) in Heidelberg. Danach war er Gruppenleiter an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich (ETHZ). 2012 wechselte Daniel Gerlich als Senior Scientist ans IMBA.
Über das IMBA
Das IMBA – Institut für Molekulare Biotechnologie – ist das größte Institut der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) mit dem Fokus auf zukunftsweisende Grundlagenforschung. 16 Forschungsgruppen stellen sich den molekularen Rätseln und unerforschten Gebieten der Molekularbiologie und Medizin. Erkenntnisse aus den Bereichen Zell- und RNA- Biologie, molekularer Medizin und Stammzellbiologie bilden den Nährboden für eine Medizin der Zukunft.
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