Mikroorganismen passen sich ihrer Umwelt meisterhaft an: Sie besiedeln unterschiedliche Lebensräume und reagieren flexibel auf wechselnde Bedingungen – durch genetische Veränderungen oder durch schnelle Anpassung ihres Stoffwechsels und der Proteinzusammensetzung. Moderne Methoden ermöglichen nun einen systematischen Blick auf diese Prozesse. Hartl erstellt eine Art „Fingerabdruck“ der Proteine und Stoffwechselprodukte der Zellen mit Hilfe von Massenspektrometrie. Das erlaubt Rückschlüsse, wie Mikroben ihren Stoffwechsel regulieren und so das Überleben unter verschiedenen Umweltbedingungen ermöglichen.
So setzten Bakterien und Hefepilze ihre Stoffwechselprodukte abhängig von den Bedingungen um und balancieren sie entsprechend aus. Verfolgt man die chemischen Umwandlungen in den Zellen systematisch, lassen sich sowohl limitierende als auch regulatorische Moleküle identifizieren. So beeinflussen beispielsweise Vitamine je nach Situation Wachstum und Zellteilung. Weitere Ursachen für Stoffwechsel-Engpässe sind Regulationsprozesse auf Enzym- und Proteinebene oder genetische Defekte.
Ein prägnantes Beispiel für dieses Zusammenspiel fand Hartl in petite-Hefen, denen das mitochondriale Genom fehlt. Zellen kompensieren die dadurch entstehenden Engpässe durch Genmutationen im Zellkern, aber auch durch Änderungen im Stoffwechsel. Überraschenderweise kann die Zugabe passender Nährstoffe diesen schwerwiegenden Defekt kompensieren.
Anpassungen der Hefepilze etwa an den menschlichen Körper verbergen sich aber meist hinter vielen kleinen Mutationen. Um die komplexen zugrundeliegenden Mechanismen besser zu verstehen, untersuchten Hartl und ein internationales Team tausende natürliche genetische Varianten aus zwei Hefestämmen – einer aus einem Weingut, der andere aus einem Patienten. „Wir wollen die Unterschiede zwischen Erregern und ihren harmlosen Verwandten erfassen und später für Therapieansätze nutzen“, hofft Hartl. Sie analysieren, wie die unterschiedliche genetische Ausstattung die Konzentration tausender Proteine beeinflusst. Viele Mutationen bleiben zunächst äußerlich unauffällig, führen aber im Molekülmuster zu markanten Unterschieden. „Mit molekularen Karten identifizieren wir wichtige genetische Varianten und sagen deren Effekte vorher, noch bevor sie unter bestimmten Umweltbedingungen äußerlich sichtbar werden“, erklärt der Molekularbiologe. „So konnten wir ohne weitere Experimente, nur anhand der Protein-Daten vorhersagen, welche Stämme anfälliger für ein Antipilzmittel sind.“
Hartls Ansätze legen Grundlagen für ein tieferes Verständnis der Rolle des Stoffwechsels in der mikrobiellen Anpassungsfähigkeit. Gefördert durch einen renommierten europäischen ERC-Starting Grant wendet seine Arbeitsgruppe sie nun auf Wirt-Pathogen-Wechselwirkungen an, um molekulare Mechanismen von Pilzinfektionen besser zu verstehen. Solche kaum beachteten Erkrankungen kosten jährlich über 1,5 Millionen Menschen weltweit das Leben.
Das VAAM-Auswahlkomitee lobt Hartls „außergewöhnliches Talent, seine durchdachten und kreativen Forschungsansätzen und Visionen“. Er sei äußerst eigeninitiativ, habe ein sehr in-ternationales Profil und verbinde auf einzigartige Weise Biochemie und Analytik mit Mikrobio-logie und klinischen Ansätzen. „Hartls Arbeiten haben zu einer Fülle spannender Entdeckungen geführt und neue interessante Forschungsrichtungen eröffnet“, so VAAM-Präsidentin Nicole Frankenberg-Dinkel. Er sei ein außergewöhnlicher, unabhängiger Wissenschaftler, ein großartiger Kommunikator und Teamplayer, loben ihn Kolleginnen und Kollegen. Damit sieht die VAAM ihn als vorbildlichen Botschafter für junge Mikrobiologinnen und Mikrobiologen.
Anja Störiko (VAAM)
