Der Nachwuchs darf die eigene Trommel schlagen

Professor Gerd Jürgens untersucht am Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen in Tübingen (ZMBP) den Proteintransport. Die Stärke des Forschungszentrums sieht er in den kleinen Gruppen und hervorragenden zentralen Einrichtungen.

Pflanzenforschung.de: Professor Jürgens, Ihre Arbeitsgruppe gehört zum Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen. Welche Rolle spielt diese Struktur für ihre Arbeit?

Prof. Jürgens: Wir haben eine Departmentstruktur: Jede Gruppenleiterin, jeder Gruppenleiter muss die eigene Trommel schlagen, um berühmt zu werden. Ich finde das sehr angenehm. Traditionell kann man als Lehrstuhlinhaber Nachwuchsforscher auf Stellen setzen und sagen: Beschäftige Dich mit diesem Thema. Bei uns am ZMBP ist die Motivation bei den jungen Leuten völlig anders, weil sie sagen können: Ich will diese Fragestellung bearbeiten. Dann sagen wir: Prima, da hast Du das Labor, da hast Du die Grundausrüstung. Nun besorg‘ Dir Geld für zusätzliche Mitarbeiter, und dann mach‘ das. Dadurch gibt es eine kritische Masse von unabhängig denkenden Leuten, die an Fragestellungen arbeiten, die einerseits ein bisschen verwandt sind, so dass man wirklich Interaktionen haben kann, aber andererseits doch so unterschiedlich sind, dass die jeweiligen Projekte ein eigenes Profil haben.

Pflanzenforschung.de: Gibt es weitere wichtige Punkte?

Prof. Jürgens: Ein weiterer Punkt, der für die Struktur sehr wichtig ist: Dadurch, dass wir die traditionellen Lehrstühle zerlegt haben, haben wir ja nur kleine Gruppen. Der Unterschied zwischen Seniors (Professoren) und Juniors (Gruppenleiter/innen auf Zeit) ist in der Ausstattung nicht groß. Dadurch gewinnen die so genannten zentralen Einrichtungen an Bedeutung, die wir am ZMBP aufgebaut haben.

Für uns z. B. ist es sehr wichtig, dass wir eine exzellente Elektronenmikroskopie haben, die Proteine in den Zellen ultrastrukturell lokalisieren kann. Dies gelingt nur sehr wenige Spezialisten an Pflanzen, vielleicht eine Handvoll auf der Welt. Hierin liegt für uns ein klarer Standortvorteil. Ein anderes Beispiel ist die Massenspektrometrie, mit der Interaktoren von bekannten Proteinen identifiziert werden können. Ein weiteres Beispiel ist die Transformation von Protoplasten. Damit kann man u.a. die Regulation der Genexpression quantitativ analysieren, was in dem komplexen Gebilde einer Pflanze nicht so gut durchzuführen ist. Am ZMBP gibt auch ein FACS-Gerät, mit dem fluoreszierende von nicht-fluoreszierenden Zellen getrennt werden können. Bei Pflanzen wird diese zukunftsträchtige Methode zur Untersuchung der Genexpression noch wenig angewendet. 

Pflanzenforschung.de: Bräuchten wir in Deutschland mehr Zentren wie das ZMBP?

Prof. Jürgens: Wir haben ja die klassischen Forschungsinstitute, und auch an verschiedenen Hochschulen international durchaus wahrnehmbare Gruppen. Der wesentliche Punkt am ZMBP ist, dass die Leute in einem relativ guten Umfeld die Möglichkeit haben, ihre eigene Forschung zu machen, ohne von traditionellen Strukturen behindert zu sein. Das ZMBP wird dafür immer wieder gelobt. Jedoch wird es nicht kopiert, weil mit der Einrichtung dieser neuen Struktur auch Einbußen für die Etablierten verbunden sind, wie z. B. ein gemeinsam verwalteter Etat und die gemeinsame Entscheidung über die Besetzung von Gruppenleiterstellen.

Pflanzenforschung.de: Herr Professor Jürgens, nun zur Forschung Ihrer kleinen Gruppe. Sie beschäftigen sich mit dem Stofftransport in der Zelle. Was genau interessiert daran?

Prof. Jürgens: Zellen sind relativ komplexe Gebilde. Es gibt Tausende von Proteinen, die an verschiedene Stellen gebracht werden müssen, wo sie dann ihre Funktionen ausüben. Davon hängen viele Prozesse ab, z. B. das Reden mit Nachbarzellen, die Zellteilung, Stoffaufnahme und -abgabe, Wechselwirkungen zwischen Mitochondrien und dem übrigen Stoffwechsel. Die Komplexität dieses logistischen Problems ist vergleichbar mit der funktionellen Organisation einer Großstadt. Wie koordiniert es eine Zelle, gleichzeitig sehr verschiedene Proteine mit bestimmten Funktionen an die jeweils richtige Stelle zu transportieren und sie auch wieder zu entfernen, wenn sie nicht mehr gebraucht werden, weil sie z. B. stören könnten? 

Pflanzenforschung.de: Sie schauen speziell auf das Protein GNOM. Wie kommt es dazu?

Prof. Jürgens: Wir hatten nach bestimmten Entwicklungsmutanten bei Arabidopsis gesucht und viele gefunden, die einander sehr ähnlich aussahen, indem sie Defekte in der Spross/Wurzel-Polarität des Embryos zeigten. Diese Mutanten haben sich als verschiedene Mutationen des gleichen Gens herausgestellt, dass wir jetzt GNOM nennen. Die molekulare Sequenzanalyse des Gens ergab zunächst keinen biologischen „Sinn“. Man denkt bei Entwicklungsregulatoren immer zuerst an Transkriptionsfaktoren oder Signaltransduktionselemente. Es stellte sich jedoch heraus, dass GNOM möglicherweise etwas mit dem Proteintransport zu tun haben könnte, da es entfernte Ähnlichkeit zu einer Komponente im sekretorischen Weg von Hefezellen aufwies.

Pflanzenforschung.de: Was haben Sie über GNOM herausgefunden?

Prof. Jürgens: Wir hatten Hinweise darauf, dass bei Ausfall von GNOM die Polarität im Embryo gestört ist; aber wir wussten nicht, ob auch die Zellpolarität betroffen ist, weil uns ein Marker dafür fehlte. Dann hatten wir das Glück, einen Marker für Zellpolarität in die Hände zu bekommen. Klaus Palme vom MPI Köln hatte gerade gezeigt, dass Antikörper gegen den Auxintransporter PIN1, der Auxin  aus der Zelle heraus pumpt, die Unterseite der Zellen im Leitgewebe von Pflanzen markieren. Zunächst waren wir überrascht festzustellen, dass PIN1 ganz früh im Embryo zwar exprimiert wird, aber in den Zellen gar nicht polar lokalisiert. Erst zu einem bestimmten Zeitpunkt (immer noch früh in der Embryogenese) erfolgt unter Normalbedingungen die polare Lokalisierung, jedoch nicht, wenn GNOM fehlt. Dadurch hatten wir einen Einstieg, wir wussten nun, dass das GNOM-Protein eine Rolle dabei spielt, PIN1 an die richtige Stelle zu transportieren.

Viele weitere Experimente führten dazu, dass man wahrscheinlich zum ersten Mal überhaupt bei Pflanzen einen zellulären Prozess des gerichteten Proteintransports identifiziert hat, der mit der räumlichen Verteilung eines Auxintransporters in den Zellen zu tun hat. Und dieser GNOM-abhängige Prozess ist essentiell dafür, dass die Pflanzen ihre Spross/Wurzel-Polarität aufbauen können und dass der Auxinfluss gerichtet läuft.