Wie können Systeme mit lebensähnlichen Eigenschaften aus einem minimalen Satz an Komponenten gebaut werden? Experimentell wurden bei der Entwicklung solcher Minimal-Systeme bereits Fortschritte erzielt, aber noch fehlt es an theoretischen Grundlagen, womit die mechanistischen Prinzipien dieser Systeme erklärt werden könnten. Mit seinem ERC-Projekt CellGeom (The geometrical and physical basis of cell-like functionality) will Frey solche Prinzipien identifizieren. Dazu will er mit einer Kombination aus grundlagentheoretischen Ansätzen und Computersimulationen untersuchen, inwieweit minimale Systeme lebensähnliche Funktionen aufweisen können, die nur aus zwei Kernelementen von Zellen bestehen: aus membranumschlossenen Reaktionsräumen (Lipidmembranen) und Proteinreaktionsnetzwerken.
Im Rahmen des Projekts will Frey neue theoretische Konzepte und Multiskalenansätze entwickeln, um die physikalischen Prinzipien zu verstehen, die elementaren biologischen Funktionen zugrunde liegen. „Durch diese Forschung werden wir ungeahnte Einblicke in die Funktionsweise lebender Systeme gewinnen. Wir werden verstehen, wie alleine das Zusammenspiel zwischen den elastischen Eigenschaften von Zellmembranen und der räumlich-zeitlichen Anordnung von Proteinen zu zellähnlichen Verhaltensweisen wie Zellmigration und Zellteilung führt“, sagt Frey.
„Ich möchte die Natur mit ihren ureigenen Methoden erforschen und auf der Basis von evolutionären Algorithmen Designprinzipien entdecken, die uns auf dem Weg zur künstlichen Zelle entscheidende Schritte voranbringen werden.“ Darüber hinaus kann mit den neuen Ansätzen computergestützt das Potenzial dieser minimalen Systeme für die Untersuchung von kollektiven Funktionen wie Zell-Zell-Kommunikation analysiert werden. Frey erwartet, dass dies neue theoretische Einsichten in die physikalischen Prinzipien biologischer Funktionen ermöglichen und er damit innovative Vorschläge für das rationale Design von Systemen mit lebensähnlichen Funktionalitäten liefern wird.
Erwin Frey habilitierte sich 1996 in Theoretischer Physik an der Technischen Universität München, wo er auch promoviert wurde. Als Heisenberg-Stipendiat forschte er an der Harvard University, war Gastprofessor an der LMU und Professor an der FU Berlin, bevor er die Leitung der Abteilung Theorie am Hahn-Meitner-Institut in Berlin übernahm. Im Jahr 2004 wurde er an die LMU berufen.
Pressemitteilung Europäischer Forschungsrat
Kontakt:
Prof. Erwin Frei
Ludwig-Maximilians-Universität / ORIGINS Cluster
E-Mail: frey(at)lmu.de
