Genetik

Die Abteilung Genetik unter der Leitung von  Prof. Dr. Jürgen J. Heinisch erforscht Mechanismen der Stressantwort und die zugehörigen Wege zur Signalübertragung an verschiedenen Hefen und Pilzen als eukaryontische Modellorganismen in der Grundlagenforschung. Praktische Anwendungen ergeben sich aus den biotechnologischen Anwendungen in Wein- und Bierherstellung, sowie in der klinischen Bekämpfung von Pilzinfektionen.

Eine feste Zellwand aus Glucan, Mannoproteinen und Chitin verleiht pilzlichen Zellen ihre Form und Stabilität. Wir untersuchen, wie sich vor allem Hefezellen an äußere Stressbedingungen anpassen und über Signalwege bei Bedarf ihre Zellwand verstärken. Darüber hinaus werden zelluläre Antworten auf oxidativen Stress, der z.B. bei der Krebsentstehung eine entscheidende Rolle spielt, sowie auf Licht/Dunkelphasen an Hefen und Pilzen untersucht.

Regulation der Zellwandsynthese

Bei der Antwort von Hefen auf Schäden in der Zellwand werden sogenannte MAP-Kinase-Signalwege eingesetzt. Die dabei zugrunde liegenden Mechanismen sind von Hefe bis zum Menschen sehr ähnlich. Bei den meisten Krebsarten ist tatsächlich eine der beteiligten Komponenten beim Menschen defekt. Vor allem die Wein-, Bier- und Bäckerhefe, Saccharomyces cerevisiae, dient als ein hervorragender Modellorganismus, der sich genetisch leicht untersuchen und manipulieren lässt.

Durch unsere Forschungen konnten wir wesentlich zur Aufklärung des CWI-Signalweges („cell wall integrity signalling“) beitragen, insbesondere zur Funktion von membranständigen Mechanosensoren für die Wahrnehmung der äußeren Signale. Durch die lebenswichtige Bedeutung der Zellwand für Pilze ergeben sich aus dieser Forschung Anwendungsmöglichkeiten bei der Suche nach Antibiotika, um der steigenden Zahl von Todesfällen durch Pilzinfektionen (jährlich etwa 2 Millionen weltweit) zu begegnen.

Oxidativer Stress

Krebszellen müssen aufgrund ihres ausgeprägten Metabolismus dabei entstehende Sauerstoffradikale effizient entsorgen können. Auch hier sind die zugrunde liegenden Mechanismen von der Hefe bis zum Menschen sehr ähnlich. Wir haben einen molekularen Schalter (Rho5) entdeckt, der sowohl den Zentralstoffwechsel, als auch die spezifische Antwort auf oxidativen Stress in Hefen reguliert. Dieses Protein steht zurzeit im Mittelpunkt unserer Forschungen an Hefe.

Darüber hinaus löst auch Licht oxidativen Stress aus, wenn der filamentöse Pilz Ashbya gossypii zwischen dunklen und hellen Wachstumsphasen (Tag/Nacht-Rythmus) wechselt. Auch diese lichtabhängigen Regulationen untersuchen wir mithilfe genetischer und zellbiologischer Methoden.

Die Weinhefe Hanseniaspora uvarum

Auf Weintrauben und im Traubenmost ist hauptsächlich die Hefe H. uvarum zu finden, eine sogenannte Apiculatushefe, die wesentliche Aromastoffe zur Weinqualität beiträgt. Wie haben das Genom dieser Hefe sequenziert und eine Reihe molekulargenetischer Methoden zu ihrer Untersuchung entwickelt, eine Forschung, die wesentlich vom Forschungsring des Deutschen Weinbaus mitfinanziert wurde.

Proteine aus Mensch, Tier und Pflanze

Die ausgeprägte Fähigkeit der Hefe S. cerevisiae zur homologen Rekombination haben wir im Laufe der letzten Jahrzehnte auch genutzt, um andere Arbeitsgruppen durch die gezielte Herstellung von Plasmiden und die Untersuchung verschiedener Proteine in Hefe zu unterstützen. So konnten wir in Hefe Proteine herstellen, die an der Entstehung der Alzheimer-Krankheit beteiligt sind (Neurobiologie), bei der Herzentwicklung in der Taufliege eine wichtige Rolle spielen (Zoologie) und bei Pflanzen und Menschen für die Entsorgung von Sauerstoffradikalen entscheidend sind (Pflanzenphysiologie).