Marieke Oudelaar

Marieke Oudelaar

Erbinformationen in drei Dimensionen

Marieke Oudelaar überzeugte im wettbewerbsstarken Exzellenzprogramm der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) für Wissenschaftlerinnen. Sie leitet die Lise-Meitner-Gruppe Genomorganisation und -regulation. Gemeinsam mit ihrem Team möchte Oudelaar untersuchen, wie die Organisation der Erbinformation in unseren Zellen mit der Genaktivität zusammenhängt.

Schnee knirscht unter den Schuhen und die Fichten auf dem Faßberg tragen weiße Plüschhauben. Klirrende Kälte lässt jeden Atemhauch zu einem wei- ßen Nebelschleier kondensieren. Perfektes Wetter für Marieke Oudelaar: „Schon während meiner Zeit am Karolinska-Institut in Schweden habe ich es geliebt, auf Skitour in den hohen Norden zu gehen. Ich mag die kalten Winter und den Schnee sehr.“ Am Stockholmer Institut schloss Oudelaar ihren Master in Biomedizin ab, bevor sie an die britische Universität Oxford wechselte, zunächst als Doktorandin, später als Junior Research Fellow. Anfang Oktober letzten Jahres trat sie ihre neue Stelle als Lise-Meitner-Gruppenleiterin am Max-Planck-Institut (MPI) für biophysikalische Chemie an. Mit jedem Karriereschritt wuchs auch das Interesse an ihrem heutigen Forschungsgebiet.

Sprechende und stumme Gene

„Mich faszinierte schon immer dieses Rätsel, wie sich aus einem Samen ein Baum entwickelt oder aus einer befruchteten Eizelle ein vielzelliger Organismus wie ein Mensch“, erinnert sie sich. „Das Kuriose daran ist, dass es in einem komplexen Organismus hunderte verschiedener Zelltypen gibt. Auch wenn alle die exakt gleiche Erbinformation oder DNA teilen, erfüllen diese Zellen doch ganz verschiedene Funktionen.“ Der Unterschied liegt darin, dass diese Zelltypen jeweils andere Gengruppen aktivieren und verwenden. Wie dieser Prozess reguliert ist, steht im Mittelpunkt der Arbeit ihrer Lise-Meitner-Gruppe Genomorganisation und -regulation. „Wir möchten auf molekularer Ebene verstehen, wie Gene an- und abgeschaltet werden“, erklärt sie. „Insbesondere interessiert uns, wie die DNA im Zellkern räumlich organisiert ist und wie dies mit der Regulation der Genaktivität zusammenhängt.“

Die DNA einer Zelle wäre auf ihre volle Länge ausgestreckt etwa zwei Meter lang. Trotzdem muss sie in einen winzigen Zellkern passen, der dünner ist als ein menschliches Haar. „Das ist nur möglich, weil die DNA im Zellkern stark verdichtet und gut organisiert ist“, erklärt Oudelaar. Dafür muss sie sich in bestimmten dreidimensionalen Strukturen auffalten. Diese wiederum beeinflussen, ob aktivierende Signale die Gene ansprechen und einschalten können. Die detaillierten Mechanismen der DNA-Organisation und -Regulation und ihre Beziehung zueinander liegen jedoch noch im Dunkeln. Würde man diese Vorgänge besser verstehen, ließen sich damit nicht nur fundamentale Fragen der Biologie beantworten, sondern auch solche, die über die Grundlagenforschung hinausgehen: Eine abweichende Genregulation spielt bei unterschiedlichen Krankheiten eine Rolle. „Genetische Variationen in regulatorischen DNA-Sequenzen tragen wesentlich dazu bei, die Anfälligkeit für menschliche Krankheiten zu steuern. Mutationen in solchen Sequenzen können dazu beitragen, dass Tumoren entstehen.“

Auf der Suche nach Antworten in der dritten Dimension

Um herauszufinden, wie die dreidimensionale Organisation der DNA mit der Genaktivität zusammenhängt, wendet Oudelaar modernste Forschungstechniken an und entwickelt diese weiter. „Das Konzept für diese Methoden entstand vor etwa zwei Jahrzehnten“, erklärt sie. „Wir haben darauf aufgebaut und die Methodik weiterentwickelt, um detailliertere Informationen über die in der Zelle gebildeten dreidimensionalen DNA-Strukturen sammeln zu können.“ Ein weiteres Ziel ist, die Verfahren effizienter zu machen und die Menge des erforderlichen Ausgangsmaterials zu reduzieren: „Anfangs musste man Millionen von Zellen verwenden, um brauchbare Daten zu erhalten. Jetzt sind wir bei ein paar Tausend angelangt. Das ist ein wichtiger Schritt, denn er ermöglicht die Analyse von krankheitsrelevanten Zelltypen des Menschen, wo das Probenmaterial oft begrenzt ist.“

Bei sogenannten Chromosome Conformation Capture (3C)-Techniken fixieren die Wissenschaftler die DNA im Inneren des Zellkerns und bearbeiten sie so, dass Teile der DNA, die im dreidimensionalen Raum nahe beieinander liegen, miteinander verknüpft werden. Diese neuen Verbindungen iden- ti zieren die Forscher mittels moderner Sequenziermethoden, sogenanntem Next Generation Sequencing. Aus den Daten können sie auf die Organisation der DNA zurückschließen. „Anhand der neu gebildeten Verknüpfungen versuchen wir, die ursprüngliche 3D-Struktur der DNA im Zellkern wieder zusammenzupuzzeln“, fasst die Biologin zusammen. „Das ist mit viel Rechenarbeit am Computer verbunden.“

Nur etwa die Hälfte ihrer Forschung findet im biologischen Labor statt, der andere Teil erfolgt mit enorm viel Rechenpower. Oudelaar rekrutiert ein vielseitiges Team, bestehend aus experimentellen und Computerbiologen. „Idealerweise sollen die Teammitglieder sowohl die Expe- rimente als auch die Analysen selbst durchführen. Auch wenn Studierende keinen Schwerpunkt in der Bioinformatik haben, nde ich es wichtig, dass sie die Chance wahrneh- men und ihre Kenntnisse in quantitativer Forschung erwei- tern. Besonders in der Big-Data-Welt der Genomik müssen Biologen heutzutage mit bioinformatischen Analysen zurechtkommen.“ Das sei ein Grund, warum sie mit nur zwei Mitarbeiterinnen am Institut begonnen habe: „Ich möchte genug Zeit haben, um alle gut zu betreuen. Wir werden schrittweise expandieren, eine Doktoronadin oder einen Doktoranden im Frühjahr einstellen und dann erneut im Herbst.“

Weibliche Talente für die Wissenschaft

Was hat Oudelaar motiviert, die Position im Lise-Meitner-Programm der MPG anzunehmen? „Mein Partner und ich wollten nach sechs Jahren in Großbritannien zurück nach Kontinentaleuropa. Er ist in Deutschland aufgewachsen, und ich in den Niederlanden“, erklärt sie. „Dass der Fokus der MPG auf Grundlagenforschung liegt, es großzügige Forschungsförderung gibt und eine hochmoderne Infrastruktur, machte dieses Angebot für mich sehr attraktiv. Außerdem bietet das Lise-Meitner-Programm ideale Bedingungen, um eine Gruppe zu etablieren“, betont die Nachwuchsforscherin.

Marieke Oudelaar und ihre Doktorandinnen Magdalena Karpinska und Abrar Aljahani (von links).

Kennengelernt hat Oudelaar das MPI für biophysikalische Chemie durch Patrick Cramer und sein Team, die sich ebenfalls mit Genregulation beschäftigen. „Mir war sofort klar, dass dies ein Institut mit tollen Kollegen und einer hervorragenden Infrastruktur ist.“ Langfristig möchte sie die vielen Möglichkeiten am MPI für biophysikalische Chemie nutzen, um ihre Forschung zu erweitern und zu diversifizieren. „Im Moment konzentrieren wir uns auf Molekularbiologie und Genomik“, sagt sie. „Aber ich möchte sehr gern mehr Mikroskopie in unsere Arbeit integrieren. Dieses Institut bietet eine fantastische Ausstattung und Kooperationsmöglichkeiten, um neue Mikroskopie-basierte Werkzeuge zu nutzen und die dreidimensionale Organisation der DNA zu erforschen.“

5 Fragen an Marieke Oudelaar

Was ist das Spannendste an Ihrem Beruf?

Ich finde es faszinierend, neue Entdeckungen machen zu dürfen, etwas zu lernen, was vorher niemand wusste, und zu unserem Wissen über diese Welt und die darauf lebenden Organismen beizutragen.


Wie tanken Sie nach einem harten Arbeitstag Energie?

Ich jogge gern oder mache Yoga – einfach etwas Körperliches, um den Geist ein wenig zu entspannen.


Welche Superkraft hätten Sie gern?

Ich fände es toll, fliegen zu können, schon seit meiner Kindheit.


Welchen anderen Beruf könnten Sie sich vorstellen?

Ich könnte mir vorstellen, Schriftstellerin oder Journalistin zu sein, vielleicht aber auch Lehrerin.


Was würden Sie tun, wenn Sie mehr Zeit hätten?

In beruflicher Hinsicht wäre es schön, mehr Zeit zum Lesen zu haben, sowohl innerhalb als auch außerhalb meines Fachgebiets. Außerhalb der Wissenschaft würde ich die Imkerei ausprobieren, neue Sprachen lernen oder Musikinstrumente spielen. Es gibt so viele interessante Dinge!

Über das Lise-Meitner-Exzellenzprogramm

Die MPG rief das Lise-Meitner-Exzellenzprogramm ins Leben, um weibliche Talente in der Wissenschaft zu fördern und langfristig mehr Direktorinnen an die Spitze der Max-Planck-Institute zu berufen. Die MPG stellt nicht nur materielle und personelle Ressourcen zur Verfügung, sondern ermöglicht es Kandidatinnen auch, frühzeitig eine leitende W2-Position einzunehmen. Jede Lise-Meitner-Gruppenleiterin darf an einem Max-Planck-internen Tenure-Track-Verfahren teilnehmen und hat damit die Chance auf eine entfristete Stelle.

In den ersten beiden Ausschreibungsrunden bewarben sich rund 470 Kandidatinnen um eine Position als Gruppenleiterin, davon erhielten 22 einen Ruf. Benannt wurde das Programm nach der Ausnahmephysikerin Lise Meitner, einer Pionierin auf dem Gebiet der Kernspaltung.

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