ERC Synergy Grant: Multidisziplinäre Forschung überbrückt Physik und Biologie am ISTA und in Frankreich

Das Institute of Science and Technology Austria (ISTA) erhält zum zweiten Mal einen großzügigen ERC Synergy Grant. ISTA-Professor Gašper Tkačik ist einer von drei ausgezeichneten Forschern, die gemeinsam die Geheimnisse der Genregulation in der Entwicklung von Säugetieren entschlüsseln wollen.

Drei Forschungsgruppen aus Österreich und Frankreich möchten zusammen die Blackbox der frühen Säugetierentwicklung knacken. Gašper Tkačik (ISTA), Thomas Gregor (Institut Pasteur) und Denis Duboule (Collège de France) bündeln ihre Kräfte, um die Geheimnisse der Gentranskription und -regulation in diesem entscheidenden Entwicklungsstadium zu entschlüsseln. Dafür wurden sie vom Europäischen Forschungsrat (ERC) mit einem prestigeträchtigen Synergy Grant ausgezeichnet. Das gemeinsame Projekt setzt die neuesten, aus Stammzellen gewonnenen 3D-Zellkulturmodelle von Säugetierembryonen ein und stützt sich auf Fortschritte in der Optik, der Genomik und bei mathematischen Modellen. Mehr als zwei Millionen Euro der insgesamt fast zehn Millionen Euro erhalten die Forschenden am ISTA für die Datenanalyse und die Modellierungsarbeiten.

Die Gentranskription verstehen

Die drei Forschungsgruppen wollen verstehen, wie molekulare Schlüsselereignisse, die sich innerhalb von Sekunden in einer winzigen Ecke des Zellkerns abspielen – in Abständen, die etwa zehntausend Mal dünner sind als ein menschliches Haar – von einer groß angelegten Umstrukturierung der DNA über Stunden und Tage hinweg im gesamten Zellkern beeinflusst werden. Diese komplexen und hochkoordinierten Phänomene treten spontan auf und sind wichtige Triebkräfte der Entwicklung von Organismen. Um zu verstehen, wie die sich entwickelnden Zellen „wissen“, welche Gene sie wann einschalten müssen, aktivieren die Forscher:innen bestimmte Gene und beobachten ihre Interaktionen mit entfernten DNA-Regionen in Echtzeit. „Hier trifft die Physik auf die Biologie. Wir müssen die Kluft überbrücken: von zufälligen molekularen Begegnungen über Sekunden zu zuverlässigen Genregulationsprogrammen über Stunden und Tage“, sagt Tkačik. „Wir werden diese Kluft anhand von mathematischen Modellen überbrücken, die die experimentellen Daten unserer beiden Partner miteinander verbinden. Dieser Ansatz ist neu, hat aber das Potenzial, unsere Sicht darauf, wie Gene während der Entwicklung von Säugetieren reguliert werden, grundlegend zu verändern.“

Die Tkačik Gruppe: Informationsverarbeitung in biologischen Systemen

Die Tkačik Gruppe am ISTA erforscht, wie komplexe biologische Netze – Neuronen, Signalmoleküle, Gene oder sogar kooperierende Organismen – Informationen verarbeiten. Das zentrale Dilemma: Im Vergleich zu künstlichen Netzwerken sind biologische Netzwerke sehr komplex und bestehen aus Komponenten, die weniger zuverlässig sind und unter starken Ressourcenbeschränkungen funktionieren müssen. Dennoch führen biologische Netzwerke ihre Funktionen verlässlich aus. Die Tkačik Gruppe kombiniert physikalische Theorie und Datenwissenschaft, um neue Ideen darüber zu entwickeln, wie biologische Netzwerke funktionieren.

ERC Synergy Grant

Der großzügige Synergy Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC) wird verliehen, um wissenschaftliche Fragen von grundlegender Bedeutung anzugehen, die mit einem einzigen Ansatz nur schwer zu erforschen sind. Nach Angaben des ERC soll die Förderung Gruppen von zwei bis vier herausragenden Forscher:innen dabei helfen, sich ergänzende Fähigkeiten, Kenntnisse und Ressourcen in einem anspruchsvollen Projekt zusammenzuführen.