Biologie Uwe-Kappel-Promotionspreis verliehen

Ende November 2024 wurde zum ersten Mal der Uwe-Kappel-Promotionspreis verliehen. Ins Leben gerufen wurde der Preis von der Fakultät für Biologie und Biotechnologie in Zusammenarbeit mit der Gesellschaft der Freunde der RUB, um Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler zu unterstützen und ihre herausragenden Leistungen, die sie im Rahmen ihrer Promotion erbracht haben, zu würdigen. Pro Jahr werden zwei Arbeiten mit dem Preis ausgezeichnet, der mit jeweils 3.000 Euro dotiert ist.

Die diesjährige Verleihung fand in den neu renovierten Räumlichkeiten der Fakultät statt. Dekan Prof. Dr. Sacha Baginsky richtete einige wertschätzende Worte an Preisträgerin Dr. Pauline Bohne-Rybarski und Preisträger Dr. Tim Dirks: „Wir schätzen uns glücklich, junge Wissenschaftler*innen ausbilden und fördern zu können. Sie haben viel Herzblut in die Arbeit gesteckt und dies soll entsprechend honoriert werden.“ Preise wie der Uwe-Kappel-Promotionspreis sollen ein zusätzlicher Ansporn sein, in der Forschung „die extra Meile zu gehen“, sagte Baginsky.

Die Geehrten und ihre Arbeiten

Pauline Bohne-Rybarski wurde für ihre hervorragenden wissenschaftlichen Leistungen und ihre Dissertation „Cerebellar α1D-adrenergic receptors mediate stress-induced dystonia in tottering tg/tg mice“, betreut von Prof. Dr. Melanie Mark, ausgezeichnet. 

Episodische Ataxien, einschließlich der häufigsten Form Typ 2, von der weltweit eine von 10.000 Personen betroffen ist, sind neurologische Erkrankungen, die durch motorische Inkoordination, dauerhafte Ataxie und stressinduzierte Dystonien gekennzeichnet sind. Dabei spielt das Stresshormon Noradrenalin eine zentrale Rolle, da es über adrenerge Rezeptoren im Kleinhirn zur Dysfunktion von Purkinje-Zellen führt, die für die Feinmotorik essenziell sind.

Bohne-Rybarski untersuchte in einem Mausmodell den Zusammenhang zwischen Noradrenalin und Dystonien. In ihrer Arbeit identifizierte sie den α1D-adrenergen Rezeptor als Schlüsselkomponente; die angeborene Überexpression dieses Rezeptors im Kleinhirn der Mäuse führt zu einer Störung des empfindlichen Gleichgewichts von Kalzium in Purkinje-Zellen und löst damit die Krankheitssymptome aus.

Neue Erkenntnisse über die Mechanismen stressinduzierter Dystonien

Durch den Einsatz spezifischer pharmakologischer Antagonisten und einem shRNA-induzierten Knockdown dieses Rezeptors konnte sie die dystonischen Episoden signifikant reduzieren oder verhindern. Zudem zeigte sie, dass die Blockade dieses Rezeptors das physiologische Feuerverhalten der Purkinje-Zellen schützt, indem sie die Kalziumdynamik stabilisiert und die durch Noradrenalin ausgelöste Hemmung ihrer Aktivität teilweise aufhebt.

Die Ergebnisse liefern neue Erkenntnisse über die Mechanismen stressinduzierter Dystonien und eröffnen potenziell neue Ansätze zur Behandlung von Patienten mit Episodischer Ataxie Typ 2 bei stressbedingter Dystonie. Dieses wissenschaftliche und klinische Potenzial würdigt der Uwe-Kappel-Promotionspreis in besonderem Maße.

Tim Dirks, betreut durch Prof. Dr. Julia Bandow, wurde für seine Dissertation „Plasma-driven biocatalysis and the investigation of plasma-protein interactions“ mit dem Promotionspreis ausgezeichnet. Seine Arbeit leistet einen bedeutenden Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger biotechnologischer Prozesse, die Energie einsparen und den Einsatz von Lösemitteln und Schwermetallen reduzieren können.

In der plasma-getriebenen Biokatalyse werden Enzyme eingesetzt, die neben dem Substrat (zum Beispiel Fettsäuren) Wasserstoffperoxid als zweites Substrat benötigen, welches mithilfe von technischen Plasmen produziert wird. Mit diesem Ansatz könnte im Rahmen der Stromproduktion gezielt Wasserstoffperoxid produziert und so Energie-, Transport- und Lagerkosten gespart werden, was eine umweltfreundliche Produktion ermöglicht.

Drei zentrale Herausforderungen der plasma-getriebenen Biokatalyse

In seiner Arbeit adressierte Dirks drei zentrale Herausforderungen der plasma-getriebenen Biokatalyse: die Inaktivierung von Enzymen durch reaktive Plasmaspezies, die begrenzte Produktionsrate von Wasserstoffperoxid und die geringe Verfügbarkeit geeigneter Biokatalysatoren.

Wesentliche Fortschritte erzielte er, indem er Enzyme durch Immobilisierung mit der Bindung an Beads vor reaktiven Zonen schützte und somit die Limitation der schnellen Enzymaktivierung überwinden konnte. Die Stabilität steigerte er durch den periodischen Austausch der Reaktionslösung.

Gemeinsam mit der Arbeitsgruppe von Juniorprofessorin Judith Golda verbesserte Dirks die Wasserstoffperoxid-Produktion mit einer innovativen Plasmaquelle, dem Kapillaren-Jet und der Zugabe von Wasser zum Prozessgas. Zudem erweiterte er das Enzymspektrum der plasma-getriebenen Biokatalyse durch die Integration von CYP152 aus Bacillus subtilis, das die Substrat- und Produktvielfalt neben der bisher eingesetzten unspezifischen Peroxygenase AaeUPO erweitert.

Mit diesen Ergebnissen legte Dirks den Grundstein für eine wettbewerbsfähige Produktivität der plasma-getriebenen Biokatalyse. Seine Forschung bietet vielversprechende Perspektiven für die industrielle Umsetzung und unterstreicht die gesellschaftliche Relevanz nachhaltiger biotechnologischer Verfahren.