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Paola Fucini: Strukturbiologischer Blick auf molekulare Arbeitstiere
Paola Fucini wollte den Dingen schon immer auf den Grund gehen. Wer sind wir? Wie werden wir zu dem, was wir sind? Wie funktionieren wir? Der Schritt in die Naturwissenschaften war für sie deshalb ganz logisch. Das Grundlegende ist auch heute noch Kernthema ihrer Forschungen: Die 38-Jährige will herausfinden, wie die wichtigsten molekularen Arbeitstiere lebender Organismen – die Eiweiße – eigentlich in ihrer dreidimensionalen Form entstehen. Dafür analysiert die Italienerin das Ribosom – eine winzige Maschinerie, die die Eiweiße in der Zelle herstellt – und versucht zu verstehen, welche Rolle sie bei der Faltung spielt. Diese Erkenntnisse sind von großer Relevanz: So beinflusst das Ribosom beispielsweise die Wirkung von Antibiotika. Die Assistenzprofessorin an der Goethe-Universität Frankfurt versteht sich deshalb nicht als reine Grundlagenforscherin: „Es ist schön, wenn unser Wissen auch direkt angewendet werden kann.“
Warum sich Paola Fucini schon von Anfang an für naturwissenschaftliche Vorgänge interessiert hat, weiß sie heute auch nicht mehr so genau. „Ich liebe die Natur und wollte einfach immer wissen, wie das Leben funktioniert“, so ihre Vermutung. An der Familie kann es jedenfalls nicht gelegen haben: „Weder meine Eltern noch meine drei Schwestern haben etwas mit Strukturbiologie zu tun.“ Wenn die Italienerin heute, nachdem sie mehr als 12 Jahre im Ausland gelebt hat, mal in ihrer Heimat ist, dann wird sie mitunter schon gefragt, ob sie überhaupt Italienerin ist. Die wissenschaftliche Karriere von Paola Fucini hat sich jedenfalls kaum in Italien, sondern vielmehr in Deutschland abgespielt. Schon während ihres Biologie-Studiums an der Turiner Universität war sie begeistert von einem Kurzaufenthalt am Max-Planck-Institut für Biochemie in München. „Das Budget damals war im Vergleich zu meiner Universität unglaublich, ich war fast geschockt, was ich da alles machen konnte“, erinnert sie sich. Ihrem Durchsetzungsvermögen hat sie zu verdanken, dass sie für ihre Doktorarbeit wieder nach München zurückkehren durfte. Erst für ihre Postdoc-Zeit verließ sie Deutschland, ging zunächst zwei Jahre nach Oxford und dann zwei Jahre nach Cambridge – in den Arbeitsgruppen von Christopher Dobson und Carol Robinson. „Sie gehören zu den besten Wissenschaftlern, die ich jemals kennenlernen durfte. Sie verrücken die Grenzen der Wissenschaft immer ein Stück weiter nach vorn. Aus diesem Grund wollte ich unbedingt bei ihnen bleiben“, so Fucini.
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Paola Fucini hat für ihre Arbeiten eine finanzielle Unterstützung durch das HFSP erhalten. Sie wollen mehr über das HFSP und seine Fördermöglichkeiten erfahren? |
Damals wie heute interessiert sich die Italienierin vor allem für die Struktur von Eiweißen und deren Entstehung. Eiweiße sind für lebende Organismen die wichtigsten Arbeitstiere. Fast alle wichtigen Funktionen der Zelle – Katalyse, Bewegungs- und Transportprozesse, Signalübertragung und Informationsverarbeitung – werden von Eiweißen ausgeführt. Die Bauanleitungen dieser dreidimensionalen Moleküle sind als genetische Information in der Erbsubstanz (DNA) einer jeden Zelle festgeschrieben. Damit aus dieser Information ein funktionierendes, dreidimensionales Eiweiß wird, muss die genetische Information in eine Kette von Aminosäuren – die Bausteine der Eiweiße – übersetzt werden, die sich dann zu der dreidimensionalen Struktur des Eiweißes faltet. Für diese Übersetzung („Translation“) ist das Ribosom zuständig. Dabei handelt es sich um eine komplexe Miniatur-Maschinerie aus über 50 Eiweißkomponenten und drei bis vier Ribonukleinsäure-Molekülen, die zu einer kleinen und einer großen Untereinheit zusammengesetzt sind. Mit einem Durchmesser von 20 bis 30 Nanometern (millionstel Millimeter) sind diese molekularen Maschinen sehr winzig, aber im molekularen Maßstab doch recht komplex. „Um zu verstehen, wie Eiweiße arbeiten und zusammenwirken, müssen wir ihre Struktur und die Bildung dieser Struktur am Ribosom verstehen lernen“, erläutert die Wissenschaftlerin.
Paola Fucini hat sich der Strukturanalyse des Ribosoms verschrieben, dem Ort in der Zelle, wo Eiweiße hergestellt werden und ihre dreidimensionale Form erhalten.Quelle: Fucini
Dem Ribosom mit verschiedensten Techniken auf den Leib rücken
Als Strukturbiologin nutzt Fucini dabei unterschiedlichste Techniken wie Röntgenkristallographie – und in Kooperation mit anderen Gruppen – Kernspinresonanz (NMR), Massenspektrometrie (MS) und Cryoelektron Mikroskopie (EM), um dem Ribosom, seinem Aufbau und seinen Aufgaben auf die Spur zu kommen. Die wichtigste Technik für Fucinis Gruppe, die Röntgenkristallographie, setzt jedoch voraus, dass ein komplexes Molekül wie das Ribosom oder Untereinheiten von ihm kristallisiert werden können – zusammen mit den Molekülen (Liganden), die seine Aktivität regulieren. Erst dadurch ist es möglich, verschiedene strukturelle Zustände überhaupt zu erfassen und zu erkennen, welche Rolle sie etwa im Zusammenhang mit Medikamenten wie Antibiotika und Resistenzen gegen diese Mittel spielen. „Das ist nicht nur entscheidend, um diese fazsinierende makromolekulare Maschine grundlegend zu verstehen, sondern hat auch einen gewaltigen Einfluss für den medizinischen Bereich, um neue oder wirksamere Medikamente zu entwickeln“, erklärt Fucini.
Als Postdoc in Großbritannien knüpft die Forscherin schließlich wieder Kontakte nach Deutschland – zur Ribosomen-Gruppe um Knud Nierhaus am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik in Berlin. „Alle zwei bis drei Monate bin ich zwischen den Laboren gependelt, habe Ribosom-Komplexe in Nierhaus‘ Gruppe vorbereitet, um sie dann in Oxford zu analysieren“, erinnert sie sich. Als dann 2002 zufälligerweise eine Gruppenleiter-Stelle in Berlin frei wird, greift die Italienerin zu. Dass sie nun nach acht Jahren immer noch in Deutschland ist, und hier inzwischen auch Mutte geworden ist, schreibt sie den guten Angeboten zu. „Als die Stelle in Berlin auslief, habe ich mich auch im Ausland umgeschaut. Doch in Frankfurt waren für mich einfach die besten Konditionen“, sagt Fucini, die jetzt als Assistenzprofessorin am Exzellenzcluster für Makromolekulare Komplexe der Universität Frankfurt beschäftigt ist.
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Internationale Kooperation ermöglicht mit dem HFSP
Noch von Berlin aus hatte sich Fucini zudem um einen Young Investigator Award des Human Frontier Science Program (HFSP) beworben. ‚Dieses Geld kann sie nun in Frankfurt am Main für weiteres Personal einsetzen. „Durch die Mittel kooperiere ich mit Kollegen aus London und Japan, die ich schon vorher kannte“, sagt Fucini. Man habe zuvor viele gemeinsame Ideen, aber nicht das entsprechende Budget zur Umsetzung gehabt, erinnert sie sich. „Durch die HFSP-Gelder ist nun ein echter Traum wahr geworden.“
