Strukturen bestimmen sein Forscherleben: Dr. Boris Fürtig fertigt als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachbereich 14 (Chemie, Biochemie, Pharmazie) gerade seine Habilitation an. Dass er grundsätzlich ein strukturierter Mensch ist, versteht sich also von selbst. Aber auch darüber hinaus spielen Strukturen, also Aufbau und Gliederung von Molekülen, für ihn eine entscheidende Rolle: Fürtig gehört der Arbeitsgruppe „Strukturelle Chemie und Biologie / NMR-Spektroskopie“ von Prof. Harald Schwalbe an.
Die Strukturen eines ganz bestimmten biologischen Makromoleküls haben es ihm vor allem angetan: Ribonukleinsäure, wissenschaftlich abgekürzt RNA. Deren Name erinnert zwar ein bisschen an das Erbmolekül Desoxy-Ribonukleinsäure (DNA), aber sowohl der Aufbau als auch die Aufgaben von RNA und DNA sind grundverschieden: Der DNA-Doppelstrang sieht aus wie eine gewendelte Strickleiter und enthält die genetische Information eines Organismus. Diese Information wird einerseites an die Nachkommen weitergegeben und steuert andererseits den Organismus, weil sie der Bauplan ist, nach dem Proteine hergestellt werden. Ein RNA-Molekül hingegen besteht nur aus einem Strang, hat viele andere Aufgaben und kommt deswegen auch in zahlreichen Varianten vor: So ist ein bestimmter RNA-Typ beteiligt, wenn die Information der DNA in die entsprechenden Proteine übersetzt wird. Von einem anderen RNA-Typ hängt es wiederum ab, ob ein Gen gerade in das zugehörige Protein übersetzt wird, oder ob es „stumm geschaltet“ ist, wieder eine andere RNA reguliert Zellwachstum und Zelltod.
RNA: lange vernachlässigte Schwester
„Man könnte die RNA als die lange vernachlässigte Schwester der DNA bezeichnen“, sagt Fürtig, „dabei ist die RNA meiner Meinung nach weitaus interessanter.“ So glaubten Wissenschaftler bis in die 1980er Jahre hinein, dass die einzelnen Bausteine, aus denen ein RNA-Makromolekül besteht, einfach wie auf einer Perlenschnur hintereinander aufgereiht sind. Erst in jüngerer Zeit hat sich die Erkenntnis etabliert, dass RNA-Fäden verknäuelt vorliegen und stark strukturierte Abschnitte besitzen, die jeweils spezielle Aufgaben erfüllen.
Zum Beispiel die genetischen Schalter aus RNA, denen Fürtigs besonderes Interesse gilt und die nach dem englischen Wort für Schalter als Ribo-Switches bezeichnet werden: Wenn sich das jeweils passende Auslöser-Molekül an einen Ribo-Switch anlagert, gruppieren sich seine Bausteine um, und der Ribo-Switch ändert seine räumliche Gestalt. Das wiederum bewirkt, dass ein Gen aktiviert oder stumm geschaltet wird – so ähnlich wie bei einem Schlüssel, der mit dem passenden Auslöser seine Gestalt ändert und erst dann ins Schloss passt, damit eine Tür geöffnet beziehungsweise abgeschlossen werden kann.
Insbesondere möchte Fürtig etwas darüber herausfinden, wie diese Gestaltänderung des „Schlüssels“ abläuft, bevor dieser passt: „Ich frage mich zum Beispiel: Unter welchen Bedingungen gruppieren sich die Bausteine eines Ribo-Switches um? Wie schnell passiert das? Wie schnell wird die RNA, aus der ein Ribo-Switch besteht, aufgebaut? Wie schnell wird sie wieder abgebaut? Bei welchen Temperaturen arbeiten Ribo-Switches am besten, und wie passen sich Organismen mit Ribo-Switches an unterschiedliche Umgebungstemperaturen an?“, zählt er auf.
Vordergründig betreibt Boris Fürtig also Grundlagenforschung, deren Anwendungen sich allerdings schon abzeichnen: Er und seine Forscherkollegen auf der ganzen Welt möchten ja allgemein verstehen, wie Gene aktiviert beziehungsweise stumm geschaltet werden, also insbesondere diejenigen Gene, mit denen pathogene Bakterien schädliche Substanzen produzieren. „Mit diesem Wissen lassen sich möglicherweise Antibiotika gegen die Krankheitserreger entwickeln“, erläutert er. Andere Anwendungsmöglichkeiten sieht er in der synthetischen Biologie. Hier arbeiten Wissenschaftler gewissermaßen als Designer biologischer Systeme, die in der Natur nicht vorkommen, und wenn sie Gene für bestimmte Eigenschaften in diese Systeme einbauen, wollen sie diese Gene schließlich auch an- und abschalten können – mithilfe der Ribo-Switches aus RNA.
Verborgenes sichtbar machen
Fürtigs eigener Weg hin zum Thema RNA begann in seinem Nebenfach: Während seines Biochemie-Studiums an der Goethe-Universität belegte er Organische Chemie im Nebenfach, und dazu gehörte auch eine Vorlesung über NMR-Spektroskopie, ein wichtiges Untersuchungsverfahren, mit dem sich die räumliche Gestalt von Molekülen ermitteln lässt. „Da kam ich aus der Vorlesung und dachte ‘Es gibt nichts Spannenderes auf der Welt – das will ich auch machen’. Mich faszinierte diese Möglichkeit, Strukturen sichtbar zu machen, die einem Mikroskop verborgen bleiben“, erzählt er und fährt fort: „Also schrieb ich schon meine Diplomarbeit in der Arbeitsgruppe von Prof. Schwalbe. Da kam ich zum ersten Mal in Kontakt mit der Forschung an RNA, der ich mich gewissermaßen mit Leib und Seele verschrieben habe.“
An sein Diplom schloss sich die Promotion praktisch nahtlos an, bevor Fürtig als Postdoktorand vier Jahre lang in Wien forschte: Wiederum mittels NMR-Spektroskopie untersuchte er Wechselwirkungen zwischen RNA und Proteinen, bevor er 2011 nach Frankfurt, auf den Riedberg zurückkehrte. Dort betreut er die Dissertation seiner Doktorandin und unterstützt die anderen Doktoranden der Arbeitsgruppe Schwalbe bei ihren NMR-Experimenten; dort spielt sich auch sein Forscheralltag zwischen NMR-Spektrometer und Computer ab, mit dessen Hilfe er die gemessenen Spektren auswertet. Dabei hat Fürtig zwei klare Ziele vor Augen. Das eine geht auf die Faszination zurück, mittels NMR verborgene Strukturen sichtbar zu machen. Er möchte die Strukturänderung eines RNA-Moleküls „aufzeichnen“, möchte also eine Art Trickfilm herstellen – bloß, dass in diesem Fall kein Trick dabei ist: Wie der Umbau des RNA-Moleküls abläuft, wird Fürtig zuvor experimentell nachweisen.
Ebenso klar ist das zweite Ziel: Innerhalb der nächsten zwei Jahre möchte er seine Habilitation fertigstellen, für die er NMR-Experimente entwickelt und durchführt, um die Vorgänge in RNA zu untersuchen. Die Finanzierung seiner Forschung wird dabei wird durch Mittel aus der Professur Schwalbe gesichert. Seine Stelle war bislang Teil des DFG-Sonderforschungsbereichs 902 „Molekulare Mechanismen der RNA-basierten Regulation“. Nichtsdestotrotz strebt es Boris Fürtig an, selbstständig finanzielle Mittel einzuwerben, sei es im DFG-Normalverfahren oder als Heisenberg-Stipendiat der DFG. Stefanie Hense
