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Max-Planck-Forschungsgruppenleiterin Dr. Martina Preiner hat eine prestigeträchtige Förderung des Human Frontiers Science Program (HFSP) erhalten, um den Ursprung des Lebens zu erforschen. Das internationale Forschungsprojekt untersucht die mögliche Rolle poröser mineralischer Umgebungen bei der Entstehung des Lebens. Das Forscherteam konzentriert sich dabei auf die Wechselwirkungen zwischen organischen Cofaktoren (Biomoleküle, die mit Enzymen interagieren) und ursprünglichen Peptiden in einer geochemisch geprägten Umgebung.
Irgendwann auf dem Weg zum Leben, wie wir es heute kennen, muss es einen bedeutsamen Umschwung gegeben haben: von zufälligen geochemischen Reaktionen hin zu einer kontrollierten, sich selbst erhaltenden Biochemie. Für das Leben, wie wir es heute kennen, sind Biomoleküle, die als Cofaktoren (oder Vitamine) bekannt sind, unentbehrlich. Sie sind wichtige Hilfsmoleküle, die mit Enzymen zusammenarbeiten, um biochemische Reaktionen zu katalysieren. Im Vergleich zu Enzymen sind diese vielseitigen Moleküle relativ klein und einfach. Cofaktoren kommen in allen Organismen vor und sind wahrscheinlich ein Überbleibsel aus der Zeit vor den Enzymen.
Doch obwohl sie einfacher sind als Enzyme, sind Cofaktoren immer noch zu komplex, um sich einfach zufällig aus einer unbelebten Umgebung zu bilden. Wie diese und andere wichtige Moleküle entstanden sind, bleibt also ein Rätsel - genauso wie der gesamte Vorgang, wie sich Geochemie über Selbstorganisation von zu einem lebensähnlichen System entwickeln konnte.
Ein entscheidender Teil dieses Prozesses sind die Wechselwirkungen von Cofaktoren mit Mineraloberflächen und einfachen Peptiden ("Bauteilen" von Enzymen), die den Übergang von der oberflächenbasierten zur enzymatischen Verstärkung der chemischen Reaktionen ermöglichen. Martina Preiner möchte in einem internationalen Forschungsteam mineralische Porennetze konstruieren, um die beteiligten Biomoleküle und Enzymvorläufer zusammenzubringen, damit sie miteinander interagieren können.
Um die biochemische Vergangenheit zu verstehen, müssen zunächst die Wechselwirkungen zwischen der räumlichen Struktur, der mineralischen Zusammensetzung, den Cofaktoren und den ursprünglichen Enzymen entschlüsselt werden. Mit anderen Worten: Das Forscherteam muss die Evolutionsgeschichte der Reaktionskontrolle erforschen. Erst dann wird es möglich sein, sich selbst erhaltende Reaktionsnetzwerke auf der Basis von Cofaktoren im Labor aufzubauen.
Das Team wird dieses Ziel aus drei verschiedenen Perspektiven verfolgen: der Untersuchung der Katalyse wichtiger Stoffwechselreaktionen an Mineraloberflächen, der Chemie in porösen Umgebungen und durch die Rekonstruktion alter Enzyme. Dafür vereint das Team eine einzigartige Kombination interdisziplinärer Kompetenzen, darunter experimentelle Geochemie, Enzymologie und mathematische Modellierung. Die Mitglieder des Forschungsteams sind Martina Preiner (MPI für terrestrische Mikrobiologie), Cole Mathis (Arizona State University) und Liam M. Longo (Earth-Life Science Institute). Die Bewerbung des Teams durchlief ein strenges, einjähriges Auswahlverfahren in einem weltweiten Wettbewerb, an dem 111 Gruppen teilnahmen. Der Antrag des Teams wurde als einer der fünf besten ausgewählt.
Am Ende hofft das Team zeigen zu können, wie ein präzelluläres, protoenzymatisches Produktionssystem die Cofaktoren herstellen kann, die es für seinen eigenen Fortbestand benötigt. Der sich daraus ergebende zyklische Reaktionszyklus wird Licht auf den Ursprung der Cofaktoren im Stoffwechsel und letztlich auf den Ursprung des Lebens selbst werfen.
Das Human Frontier Science Program ist ein internationales Forschungsförderungsprogramm der International Human Frontier Science Program Organization (HFSPO) mit Sitz in Straßburg, Frankreich. Sein Ziel ist es, die interkontinentale Zusammenarbeit und Ausbildung in der interdisziplinären Spitzenforschung im Bereich der Lebenswissenschaften zu fördern. Die HFSPO wird von den Regierungen oder Forschungsräten von Australien, Kanada, Frankreich, Deutschland, Indien, Israel, Italien, Japan, der Republik Korea, Neuseeland, Singapur, der Schweiz, dem Vereinigten Königreich und den Vereinigten Staaten sowie von der Europäischen Union finanziell unterstützt.
Dr. Martina Preiner
Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie
Max Planck Research Group Leader
-40 6421 28-26764
martina.preiner@mpi-marburg.mpg.de
https://www.uni-marburg.de/en/microcosm-earth
Dr. Martina Preiner, Max-Planck-Forschungsgruppenlleiterin am MPI in Marburg
Jessica Epstein
Jessica Epstein
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Studierende, Wissenschaftler
Biologie, Chemie, Geowissenschaften
überregional
Forschungsprojekte, Personalia
Deutsch
Dr. Martina Preiner, Max-Planck-Forschungsgruppenlleiterin am MPI in Marburg
Jessica Epstein
Jessica Epstein
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