Immuno-Materialien

Forschungsphilosophie

1. Fundamentale Wissenschaft und technologische Fortschritte im Gleichgewicht: Im Zentrum unserer Arbeit steht ein tiefes Verständnis für die Bedeutung der Grundlagenforschung als Ausgangspunkt technologischer Innovationen. Gleichzeitig erkennen wir an, dass neue Technologien unser grundlegendes Verständnis biologischer Prozesse vertiefen und erweitern können. In dieser symbiotischen Beziehung vereint unser Labor sowohl die fundamentalen als auch die innovativen Aspekte der Lebenswissenschaften
2. Synthetische Biologie & „Understanding by Design“: Das bloße Beobachten oder Manipulieren von Molekülen, Zellen und Organismen reicht nicht aus, um die Komplexität biologischer Systeme wirklich zu begreifen. Wir folgen den Prinzipien der synthetischen Biologie und vertreten einen „Understand-by-Design“-Ansatz. Indem wir biologische Systeme aus einer ingenieurwissenschaftlichen Perspektive betrachten, wollen wir quantitative Einsichten gewinnen und unser wissenschaftliches Denken durch neue empirische Evidenz stärken.
3. Erkenntnis vor Daten: Obwohl datengetriebene Forschung das Fundament der Wissenschaft bildet, sind es oft die konzeptuellen Einsichten, die den größeren Wert besitzen. Wir glauben an die Kraft von Ideen und betonen die Bedeutung von Argumenten, die auf Experimenten und Mechanismen beruhen, anstatt lediglich Daten anzusammeln.

Über diese Grundpfeiler hinaus legt unser Labor großen Wert auf Zusammenarbeit. Wir fördern eine Umgebung, in der alle, unabhängig von ihrer Karrierestufe, dazu ermutigt werden, Ideen und konstruktive Kritik einzubringen. Offener Dialog ist unsere Stärke: Durch ehrliche und mitunter kontroverse Diskussionen entstehen neue bahnbrechende Erkenntnisse und Konzepte.

Unser übergeordnetes Ziel ist es, ein förderndes Umfeld zu schaffen, in dem Studierende ihr Potenzial entfalten und Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler alles erhalten, was sie brauchen, um neue Perspektiven zu entdecken.

Obwohl unser Labor erst vor kurzer Zeit gegründet wurde, gehören wir bereits zur Spitze der Pioniere neuer Konzepte in der Synthetischen Biologie und Immuntherapie. Unsere Beiträge haben schon jetzt nachhaltige wissenschaftliche Wirkung entfaltet.

Beyond the Spike: Bahnbrechende Entdeckungen im Herzen einer Pandemie

Die COVID-19-Pandemie stellte uns alle vor enorme persönliche und wissenschaftliche Herausforderungen. Während Länder weltweit mit Lockdowns kämpften, intensivierten Wissenschaftler:innen ihre Bemühungen, die Geheimnisse des SARS-CoV-2-Virus zu entschlüsseln – auch wir leisteten unseren Beitrag.
Im Sommer 2020, zu Beginn der Pandemie, arbeiteten wir mit einem interdisziplinären Team der University of Bristol und des Max Planck Center Bristol (UK) zusammen. Dort gelang unseren Kolleg:innen eine bahnbrechende Entdeckung: Sie identifizierten die molekulare Struktur des SARS-CoV-2-Spike-Proteins, das unerwartet an eine Fettsäure, nämlich Linolsäure, bindet (Toelzer et al. (2020) Science).

Diese Entdeckung war von großer Bedeutung: Die Fettsäure „verriegelte“ das Spike-Protein und verhinderte so, dass das Virus Zellen infizieren konnte. Uns wurde schnell klar, welch tiefgreifende Konsequenzen dies für das Verständnis von COVID-19 haben könnte.
Mit dem Fortschreiten der Pandemie untersuchten wir die Rolle der Fettsäure-Bindungstasche genauer. Bemerkenswerterweise behielten alle auftretenden Virusvarianten diese Struktur bei. Mithilfe unseres Understand-by-Design-Ansatzes entwickelten wir gemeinsam mit dem Max Planck Center nicht-infektiöse, molekular definierte, minimale synthetische Varianten von SARS-CoV-2-Virionen. Dadurch konnten wir die Rolle der Fettsäure bei der Virus-Zell-Interaktion systematisch analysieren (Staufer et al. (2021) Nature Communications).

Unsere Forschung führte zu einem Modell, das den evolutionären Vorteil der Fettsäure-Bindungstasche erklärt: Sie schützt das Virus vor der Immunerkennung. Dieser molekulare Schalter moduliert die Infektiosität des Virus in Abhängigkeit von der lokalen Aktivität des Immunsystems und Entzündungsprozessen.
Unsere minimalen Virionen trugen zudem dazu bei, die Evolution und Diversität von SARS-CoV-2 besser zu verstehen (Gupta et al. (2021) Nature Communications) ) und gaben Aufschluss darüber, wie das Virus die Bildung immunologischer Synapsen hemmt (Onnis et al. (2022) Journal of Experimental Medicine).

Die Entdeckungen rund um die Fettsäure-Bindungstasche inspirierten schließlich die Gründung von Halo Therapeutics, einem britischen Unternehmen, das heute an Pan-Coronavirus-Therapien arbeitet – und kürzlich erfolgreich seine Series-A-Finanzierungsrunde abgeschlossen hat!

Zusammenfassend war unsere Reise sowohl herausfordernd als auch bereichernd: Wir konnten bahnbrechende wissenschaftliche Entdeckungen machen, spannende Diskussionen führen und neue Partnerschaften aufbauen – alles getragen von unserem Understand-by-Design-Ansatz. Diese Erfahrung belegt eindrucksvoll die Kraft von Zusammenarbeit und Innovation in Zeiten der Krise.

Synthetic Surge: Das Bauprinzip des Lebens im Zeitalter der neuen Biologie

Der Understand-by-Design-Ansatz ist in der Biologie kein neues Konzept. Seit Jahrzehnten versuchen Wissenschaftler:innen, zelluläres Leben nachzubilden. Doch erst mit dem Aufkommen fortgeschrittener molekularer Systemtechnik und der Fähigkeit, supramolekulare Systeme im Reagenzglas zu konstruieren, hat sich das Tempo dieser Entwicklung revolutionär beschleunigt. Heute können wir natürliche Zellen mit unterschiedlichen Funktionen – von der Zellteilung bis zur Immunregulation – gezielt nachahmen.
Mit diesen modernsten Werkzeugen hat weltweit ein Wettlauf um die Erzeugung synthetischer Zellen begonnen. Zahlreiche Labore und Initiativen verfolgen das gemeinsame Ziel, die ersten lebenden synthetischen Zellen zu schaffen. Während einige Gruppen sich auf die Grundlagen des Lebens konzentrieren, sehen andere in diesen kontrollierbaren Systemen Zukunftspotenziale für Nachhaltigkeit und Medizin.
Angeregt durch die SynCell-Konferenz 2021 und in enger Zusammenarbeit mit internationalen Partnern, haben wir es uns zur Aufgabe gemacht, diese weltweiten Bestrebungen zu bündeln. Gemeinsam mit jungen Wissenschaftler:innen aus den USA, Großbritannien, den Niederlanden, Spanien, Deutschland, Frankreich, Japan und Australien haben wir Strategien entwickelt, um die nächste Generation von Innovator:innen für dieses Forschungsfeld zu begeistern.
Unser Ziel geht über die bloße Erzeugung von Zellen hinaus: Wir möchten eine globale Community aufbauen, die synthetische Zellen und Organellen von Grund auf konstruiert! Wir haben Wege aufgezeigt, um die sozioökonomischen und technologischen Auswirkungen synthetischer Zellen zu verstärken, und betont, wie wichtig eine vernetzte, interdisziplinäre Forschungslandschaft ist (Staufer et al. (2021) eLife).

Durch den Austausch von Wissen und Ressourcen sowie die Initiierung von Bildungsprogrammen setzen wir uns für eine nachhaltige Zukunft dieses Forschungsfelds ein.

Unsere Reise, die Kontinente und Disziplinen verbindet, ist ein Zeugnis des kollaborativen Geistes der Wissenschaft. Die Leidenschaft und der Enthusiasmus der jungen Forscher:innen, die wir dabei erleben durften, sind eine große Inspiration – und ein eindrucksvoller Beweis dafür, wie lebendig und zukunftsweisend die synthetische Biologie heute ist.