Otto-Hahn-Medaille für Bogdan Sieriebriennikov

Nachwuchsforscher erhält Auszeichnung für herausragende Arbeit über die Anpassung von Organismen an ihre Umwelt

Mund eines räuberischen Fadenwurms.

Ein genetisch modifizierter Pristionchus-Fadenwurm, der fluoreszierende Proteine produziert.

Die Max-Planck-Gesellschaft zeichnet Bogdan Sieriebriennikov für seine wegweisende Arbeit über phänotypische Plastizität mit der Otto-Hahn-Medaille aus. Sieriebriennikov gelang es, die molekulare Logik und die evolutionären Prinzipien zu identifizieren, die steuern, wie genetisch identische Fadenwürmer dank unterschiedlicher Umwelteinflüsse verschiedene Phänotypen entwickeln. Die Preisverleihung findet online im Rahmen der Hauptversammlung der Max-Planck-Gesellschaft im Juni statt.

Phänotypische Plastizität ist ein Schlüsselkonzept der Biologie, das die Fähigkeit eines Organismus beschreibt, sein Verhalten, seine Morphologie und Physiologie auf seine Umwelt anzupassen. Sie ermöglicht es Individuen, sich innerhalb ihrer Lebensdauer auf geänderte Umwelteinflüsse einzustellen; daher gilt sie als zentral für die Bewältigung der Herausforderungen des in den kommenden Jahrzehnten erwarteten Klimawandels.

Räuberische und nicht-räuberische Tiere mit identischem Genom

Um den Umwelteinfluss auf die Entwicklung von Individuen auf molekularer Basis zu erforschen, arbeitete Sieriebriennikov mit dem Modellorganismus Pristionchus pacificus. Diese nur einen Millimeter langen Fadenwürmer kommen mit zwei völlig verschiedenen Mundformen vor, die ihre Lebensweise bestimmen: Die eine Mundform beschränkt den Wurm auf eine bakterienbasierte Ernährung, während die andere es ihnen erlaubt, auch Nematoden anderer Arten zu fressen. Obwohl ihr Aussehen und ihre Lebensweise sich radikal unterscheiden, sind räuberische und nicht-räuberische Individuen genetisch ununterscheidbar. Ralf Sommer, der Betreuer von Sieriebrinnikovs Doktorarbeit, hatte vor einigen Jahren gezeigt, dass sowohl genetische Faktoren als auch Umwelteinflüsse einen irreversiblen Prozess im postembryonalen Stadium auslösen, der über die Mundform entscheidet. Sommer wies nach, dass ein einziges Gen mit dem Namen eud-1 hauptverantwortlich für die Weichenstellung in der Entwicklung ist. „Wir hielten eud-1 für ein ‚normales‘ Gen in einem einfachen Regelungssystem“, erinnert sich Sommer. „Durch Bogdans Arbeiten sollte sich das drastisch ändern.“

Ein kompliziertes Wechselspiel von über 30 Genen

Sieriebriennikov beschloss zunächst, die mit eud-1 benachbarten Gene auszuschalten und so einfache, doppelte und vierfache Mutanten der kleinen Würmer zu schaffen. Er konnte schlussfolgern, dass ein gesamtes Cluster von Genen in die Regulierung der Mundformplastizität involviert ist. Diese Gene werden in verschiedenen sensorischen Nervenzellen exprimiert, und während manche von ihnen zur Wahrnehmung von Umwelteigenschaften beitragen, die eine räuberische Mundform begünstigen, sind andere für die Wahrnehmung von Reizen verantwortlich, die eine nicht-räuberische Mundform wahrscheinlicher machen. In Sieriebriennikovs Worten: „Eine ganze Reihe von Genen wetteifert um die Schlüsselrolle bei der Wahrnehmung der Umwelt – und abhängig davon, welche sich durchsetzen, wird der Fadenwurm ein Räuber oder ernährt sich nur von Bakterien.“
Von vermutlich noch größerer Bedeutung ist, dass Sieriebriennikov das Zusammenspiel von über 30 Genen analysierte, die gemeinsam die Mundplastizität regulieren. Er identifizierte zwei Transkriptionsfaktoren – Proteine, die direkt die Genexpression steuern. Diese beiden Transkriptionsfaktoren kontrollieren, wie oft etwa 25 der an der Mundformplastizität beteiligten Gene abgeschrieben werden. Darüber hinaus charakterisierte er die Funktion dieser Zielgene.

Ein Rahmen für künftige Studien

„Obwohl Plastizität weitverbreitet in der Biologie ist, wurde sie jahrzehntelang ignoriert", sagt Sommer.  „Weder der Umwelteinfluss auf die Entwicklung noch der Umwelteinfluss auf die Evolution wurden richtig in die Theorie integriert." Er würdigt die Arbeit seines ehemaligen Doktoranden als „einen künftigen Rahmen für ähnliche Studien über Entwicklungsplastizität".
Die Otto-Hahn-Medaille wird seit 1978 jährlich an Nachwuchsforscher für herausragende wissenschaftliche Leistungen vergeben, meist in Verbindung mit ihrer Promotion. Ziel der Auszeichnung ist es, besonders talentierte Personen anzuspornen, eine Forscherlaufbahn zu verfolgen. Sie ist mit 7 500 Euro dotiert.

Kontakt:

Ralf Sommer
Max-Planck-Institute für Entwicklungsbiologie
Max-Planck-Ring 5
72076 Tübingen

Bogdan Sieriebriennikov
NYU Department of Biology
24 Waverly Place
Waverly Bldg 6th Floor
New York, NY 10003
bs167@nyu.edu