Ein nanoskopischer Blick auf die Genregulation
Johannes Stein ist seit 2025 Gruppenleiter am MPIMG. In seinem Labor werden modernste Mikroskopietechniken eingesetzt, um die Organisation des Genoms auf molekularer Ebene zu untersuchen. Wir haben mit ihm darüber gesprochen, wie er – obwohl er eigentlich Physiker ist – zur Biologie kam, welche Bedeutung seine Forschung hat und wie wichtig interdisziplinäre Teams für seine Arbeit sind.
Johannes, woran wird dein Labor arbeiten?
Wir wollen verstehen, wie die Genaktivität in lebenden Zellen physikalisch gesteuert wird. Obwohl fast jede Zelle in unserem Körper dieselbe DNA enthält, verhalten sich verschiedene Zelltypen unterschiedlich, da im Zellkern unterschiedliche Gengruppen ein- oder ausgeschaltet werden. Unser Labor untersucht, wie DNA, RNA und Proteine räumlich zusammenwirken, um die Genaktivität zu steuern – insbesondere bei Prozessen wie der Transkription und der RNA-Verarbeitung. Wir interessieren uns besonders dafür, wie diese Prozesse mit der dreidimensionalen Anordnung der DNA im Zellkern zusammenhängen: Hilft die Faltung des Genoms dabei, die Genaktivität zu steuern, und kann die Genaktivität die Faltung des Genoms verändern? Um dies zu untersuchen, entwickeln wir hochauflösende Mikroskopiemethoden, die es uns ermöglichen, diese molekularen Wechselwirkungen im Zellinneren mit einer Detailgenauigkeit zu beobachten, die bisher unerreichbar war.
Warum ist das wichtig? Wie wird die Menschheit letztendlich von dieser Forschung profitieren?
Viele Krankheiten entstehen, wenn die Genregulation versagt. So werden bei Krebs beispielsweise Gene aktiv, die eigentlich stillgeschaltet werden sollten, während Schutzprogramme abgeschaltet werden. Bei neurologischen Erkrankungen können Zellen ihre Identität nicht mehr aufrechterhalten oder sie funktionieren nicht mehr richtig. Oft wissen wir noch immer nicht, warum dies geschieht, da die relevanten Prozesse auf molekularer Ebene ablaufen und mit herkömmlichen Methoden weitgehend unsichtbar sind.
Durch die direkte Beobachtung der Genomregulation in gesunden Zellen können wir verstehen, wie es bei Krankheiten zu einem Zusammenbruch kommt. Langfristig kann dieses Wissen zu präziseren Diagnosen und gezielten Therapien beitragen. Gleichzeitig stellen die von uns entwickelten Technologien neue Werkzeuge für die biomedizinische Forschung und die Biotechnologie bereit.
Du bist ausgebildeter Physiker. Warum hast Du dich entschieden, in die Biologie zu wechseln?
Wenn man eine Zelle auf molekularer Ebene betrachtet, wird die Biologie zu einem Zusammenspiel vieler Disziplinen. Strukturbiologie, Chemie und Biochemie beschreiben, wie Biomoleküle organisiert sind und miteinander interagieren – und dies unterliegt letztlich physikalischen Prinzipien.
Physiker versuchen oft, Systeme präzise zu messen und zu stören, um die Regeln zu verstehen, die ihr Verhalten regulieren . Diese Denkweise auf lebende Zellen anzuwenden und neue Instrumente zu entwickeln, mit denen wir die molekulare Organisation tatsächlich sehen können, hat mich fasziniert und in die Biologie gezogen.
Sind Physiker*innen die besseren Biolog*innen?
Ich glaube nicht, denn die Biologie ist so unglaublich komplex und Physiker können sich Dinge meist schlecht merken. [lacht] Aber im Ernst: Ich denke, um die großen offenen Fragen der modernen Biologie anzugehen, braucht es interdisziplinäre Teams aus Biolog*innen, Physiker*innen und Informatiker*innen. Ich arbeite sehr gerne mit Biolog*innen in meinem Team und im gesamten Institut zusammen, um unser Fachwissen zu ergänzen, und glaube, dass wir viel voneinander lernen können.
Du bist kürzlich zum Gruppenleiter geworden und musst nun ein Team zusammenstellen. Was für ein Labor möchest Du aufbauen?
Ich möchte ein kooperatives und unterstützendes Umfeld mit leidenschaftlichen und freundlichen Kolleg*innen schaffen. Sie benötigen keine umfangreichen Mikroskopie-Erfahrungen, um einen Beitrag zu leisten. Es sind keine spezifischen technischen Vorkenntnisse erforderlich, um unsere Bildgebungsverfahren zu erlernen – wir heißen Biolog*innen, Biochemiker*innen und Bioingenieur*innen herzlich willkommen, die sich darauf freuen, in die Genombiologie einzutauchen. Gleichzeitig werden wir auch nanotechnologische Projekte verfolgen, die die nächste Generation von Bildgebungswerkzeugen im Nanobereich entwickeln. Mein Ziel ist es, dass alle das Labor nicht nur mit soliden wissenschaftlichen Fähigkeiten verlassen, sondern auch als hervorragende Kandidat*innen für Karrieren sowohl in der Wissenschaft als auch in der Industrie.
Angenommen, alles läuft perfekt, was hättest Du gerne in zehn Jahren entdeckt?
Ich möchte dazu beigetragen haben, zu verstehen, wie die räumliche Organisation im Zellkern die Genaktivität steuert, und die Regeln aufzudecken, nach denen das Genom in lebenden Zellen funktioniert. Gleichzeitig hoffe ich, dass die von uns entwickelten Technologien zu weit verbreiteten Werkzeugen in der biomedizinischen Forschung werden. Die Möglichkeit für Forschende und Kliniker*innen, krankheitsrelevante Prozesse routinemäßig auf molekularer Ebene zu beobachten, könnte einen Wandel hin zu einer früheren und präziseren Diagnose bedeuten und letztlich die Entwicklung gezielterer Therapien unterstützen.
