Im Bereich der modernen Molekularbiologie und Biotechnologie sind in den letzten Jahren Forschungsschwerpunkte eingerichtet bzw. ausgebaut worden, die insbesondere für die Medizin, aber auch für die Lösung ökologischer Probleme aussichtsreiche Entwicklungen darstellen.
Die meist beachtete molekularbiologische Schwerpunktsetzung im Medizinbereich ist der Aufbau des Zentrums für molekulare Neurobiologie (ZMNH) im Universitäts-Krankenhaus Eppendorf (UKE). Auf der Grundlage forschungspolitischer Entscheidungen von Senat und Bürgerschaft aus dem Jahre 1985 und unterstützt durch das damalige Bundesministerium für Forschung und Technologie (BMFT) nahm das ZMNH, das dem Fachbereich Medizin der Universität Hamburg angegliedert ist, 1988 seine Arbeit auf.
Den am ZMNH bearbeiteten Forschungsschwerpunkten ist gemeinsam, neurowissenschaftliche Fragestellungen mit Hilfe molekularbiologischer Methoden zu beantworten und damit zur Entwicklung der Diagnostik, Prognostik und möglichen Therapie von Erkrankungen des Nervensystems einen herausragenden Beitrag zu leisten. Die Fragestellungen konzentrieren sich
Das Bundesministerium für Forschung und Technologie förderte über eine Anlauffinanzierung das ZMNH, indem es Mittel zur Einrichtung von Nachwuchsforschergruppen und für zentrale Service-Einrichtungen bereitstellt(e). Die Nachwuchsforschergruppen bilden eine selbständige Einheit und sind keinem Institut direkt zugeordnet.
Die am ZMNH instituts- und gruppenübergreifenden Themen und die Forschungsziele lassen sich wie folgt kurz zusammenfassen.
Das Nervensystem enthält ein hochgeordnetes und gleichzeitig hochkomplexes Flechtwerk aus Neuronen und den sie
umgebenden Gliazellen. Die Verknüpfungen und Kontakte zwischen diesen Zellen bilden die Grundlage für Aufnahme, Verarbeitung, Speicherung, sowie das Abrufen und die Weiterleitung neuraler Reize
in Form elektrischer Ströme. Jede pathologische Änderung der Steuerung und Regelung dieses Flechtwerkes kann zur Ausprägung einer massiven Verhaltensstörung, einer neurobiologischen
Erkrankung und u.U. zu schweren neurodegenerativen Erscheinungen führen. Deshalb werden am ZMNH Forschungsschwerpunkte bearbeitet, die sich mit der Erzeugung und Weiterleitung elektrischer
Ströme in den Nerven und generell in elektrisch erregbaren Zellen beschäftigen, aber auch mit der Entwicklung neuraler Verschaltung und den damit verbundenen spezifischen Zell-Zell-Kontakten.
Entstehung, Dauer und Frequenz von Aktionspotentialen und ihre Weiterleitung im Nervensystem werden entscheidend über eine Vielzahl von Ionenkanälen gesteuert, zu denen spannungsgesteuerte Chlorid- und Kaliumkanäle einen wesentlichen Beitrag liefern. Die Ausstattung erregbarer Zellen mit solchen Ionenkanälen muß qualitativ wie quantitativ auf die jeweils spezifischen Bedürfnisse des Neurons angepaßt werden. Wie dies geschieht und welche molekularen Mechanismen und Strukturen daran beteiligt sind, ist eine wesentliche Fragestellung, die in den Instituten für Molekulare Neuropathobiologie bzw. für Neurale Signalverarbeitung bearbeitet wird. Funktionsstörungen der Ionenkanäle führen zu abnormalen Verhaltensänderungen bis hin zu drastischen Einschränkungen neuromotorischer Steuerung, mit der Folge krampfartiger spastischer bzw. epileptischer Anfälle. Aufgrund ihrer generellen Bedeutung bei der zellulären Erzeugung elektrischer Ströme kommt spannungsgesteuerten Chlorid- und Kaliumkanälen in allen erregbaren Zellen eine wesentliche Bedeutung zu. Demzufolge haben nicht nur viele neurologische Erkrankungen ihre Ursache in veränderten Ionenkanälen, sondern auch Störungen der normalen Kontraktion der Herzmuskulatur (z.B. Herzinfarkt, Institut für Neurale Signalverarbeitung), der normalen Kontraktion der Skelettmuskulatur (Myotonien, Institut für Molekulare Neuropathobiologie) und Abnormalitäten bei Resorptions- und Sekretionsvorgängen (z.B. Mucoviscidose und erbliche Nierensteinerkrankungen, Institut für Molekulare Neuropathobiologie).
Wahrscheinlich ist die herausragendste Eigenschaft des Nervensystems, daß die Weiterleitung elektrischer Signale nicht fest verdrahtet, sondern veränderbar (plastisch) ist. Diese Plastizität wird als Grundlage von Lern- und Gedächtnisvorgängen im Nervensystem angesehen. Mit den molekularen Grundlagen dieser Vorgänge befaßt sich eine Nachwuchsforschergruppe. Sie such insbesondere nach Genen, deren Aktivität bei Lernvorgängen eine bedeutende Rolle spielt. In diesem Zusammenhang wird auch der Frage nachgegangen, inwieweit vergleichbare Genaktivitäten Auslöser epileptischer Anfälle sein können.
Für die Leitung elektrischer Ströme ist die Isolierung der entsprechenden Nervenbahnen durch die Myelinschicht der sie umgebenden Glia-Zellen essentiell. Wird der Aufbau bzw. die Stabilität dieser Myelinschicht pathologisch verändert, z.B. bei der multiplen Sklerose. Die molekularen Grundlagen dieser pathologischen Veränderungen werden in einer weiteren Nachwuchsforschergruppe bearbeitet.
Die verbreitetste neurodegenerative Erkrankung des zentralen Nervensystems ist die Alzheimersche Krankheit. Mit der Pathogenese dieser Krankheit beschäftigt sich eine weitere Nachwuchsforschergruppe, vor allem in Hinblick auf mögliche Therapieansätze zur Linderung dieser im Alter viele Menschen heimsuchenden schweren Krankheit.
Pathologische Änderungen des Nervensystems können nicht nur neurodegenerative Erkrankungen zur Folge haben, sondern in vielen Fällen zur Ausprägung von Hirntumoren, führen. In diesem Zusammenhang ist ein verbessertes Verständnis der Differenzierungsprozesse, die während der Entwicklung des Nervensystems eine Rolle spielen, von sehr wesentlicher Bedeutung. Dieser Fragenkomplex wird am Institut für Entwicklungsneurobiologie bearbeitet, wobei das besondere Interesse der Wirkung sogenannter Botenstoffe, der Neuropeptide, auf die Differenzierung und die Entwicklung von Neuronen gilt. Hierzu gehört auch die wichtige Beobachtung, daß die Aktivität bestimmter Neuropeptide das Wachstum von Hirntumoren hindern oder stimulieren und u.a. als Tumormarker eingesetzt werden kann. Komplementär zu den Arbeiten am Institut für Entwicklungsneurobiologie werden in einer Nachwuchsforschergruppe Differenzierungsprozesse der Gliazell-Entwicklung untersucht.
Bei den künftigen Themen werden nach der Besetzung der Professur für die Biosynthese neuraler Strukturen Probleme der Zell-Zell-Wechselwirkung und der damit verbundenen Ausbildung und Regeneration des Nervensystems hinzukommen. Mit dieser Ergänzung werden am ZMNH Forschungsschwerpunkte bearbeitet, die mit einer Vielzahl neurologischer Krankheitsbilder in unmittelbarem Zusammenhang stehen. Die mit der Entstehung, Diagnostik und Therapie dieser Krankheiten verbundenen Fragestellungen werden allerdings wohl mit wenigen Ausnahmen erst langfristig ihre Beantwortung und Umsetzung in die Praxis finden können.
Die Weiterentwicklung der bearbeiteten Forschungsschwerpunkte findet in enger Kooperation mit humangenetisch und klinisch-orientiert arbeitenden Arbeitsgruppen statt sowohl innerhalb wie auch außerhalb des UKE, u.a. in Koordinationsprogrammen der Europäischen Union (EU). Die Ergebnisse der Forschungsarbeiten des ZMNH werden hierbei in einigen Fällen bereits direkt in die medizinische Praxis eingeführt, d.h. für diagnostische Zwecke, zur Entwicklung von neuen therapeutischen Methoden neurologischer, kardiovaskulärer und muskulärer Erkrankungen, sowie zur Herstellung neuartiger Immunsuppressiva. Dieser Transfer von Ergebnissen der Grundlagenforschung in die pharmazeutisch/klinische Anwendung wird in naher Zukunft unmittelbar der Krankenversorgung zugute kommen.
Für die laufenden Arbeiten, die Auswahl thematischer Schwerpunkte und die langfristigen Zielsetzungen steht dem ZMNH ein Wissenschaftlicher Beirat unter Leitung des Medizin-Nobelpreisträgers Prof. Dr. B. Sakmann zur Seite, der die wissenschaftlichen Arbeiten des ZMNH kritisch beurteilt. Mit der Verleihung des Leibniz-Preises an Prof. Dr. T.J. Jentsch haben die Arbeiten des Zentrums eine besondere und sehr hohe Auszeichnung erhalten.
Das Spektrum der Forschungsarbeiten des ZMNH verdeutlicht eine Entwicklung der modernen naturwissenschaftlichen Forschung, die die gängige Unterscheidung von Grundlagenforschung und angewandter Forschung aufhebt. Im Sinne der alten Bezeichnung sind die neurobiologischen Forschungsarbeiten, die die Steuerungsfunktionen des zentralen Nervensystems untersuchen, Grundlagenforschung.
Die molekularbiologische Aufklärung der normalen Funktionen der neuralen Zellen, ihre genetische Struktur, ihre Entwicklung und die Signalübertragung, also die Kommunikationswege zwischen den Zellen, ist die Voraussetzung dafür, daß genetische Defekte und Fehlentwicklungen der Zelldifferenzierung, sowie Störungen der an den neuralen Prozessen beteiligten Eiweißstoffe (z.B. die Chloridkanäle) erkannt werden können. Erst diese grundlegende Analyse eröffnet die Chance, die Pathogenese von Krankheiten zu entschlüsseln, zu denen wir bislang keinen Zugang hatten. Dies gilt insbesondere für schwere Erbkrankheiten, aber auch für altersbedingte Krankheiten, wie die neurodegenerativen Erkrankungen Alzheimer und Parkinson, und Herz-Kreislauferkrankungen.
Wenn auch die Wege zur vollständigen Entschlüsselung der molekularen Mechanismen der normalen Funktionen und der Pathogenese der zentralnervösen Steuerungsprozesse lang sein mögen, so ist doch das Wissen über die Wirkungsmechanismen bestimmter Chloridkanäle oder bestimmter Neuropeptide hinreichend, um die Fehlfunktion eines Proteins in ursächlichem Zusammenhang mit einer Krankheit zu verstehen, wie beispielsweise bei der Erbkrankheit Myotonie (Muskelsteifheit). Also sind nicht nur hinsichtlich der frühzeiti gen Diagnose, sondern auch hinsichtlich therapeutischer Möglichkeiten diese Grundlagenforschungen anwendungsnah, und ihre Erkenntnisse können in die klinische Praxis umgesetzt werden.
Die stichwortartig aufgeführten Krankheiten: Tumorbildungen, Herzinfarkt, Multiple Sklerose, Epilepsie, Alzheimer etc. markieren die Tatsache, daß die Forschungsarbeiten des ZMNH zielorientierte Grundlagenforschung sind.
Die besondere Sensitivität dieses Forschungsfeldes ist offensichtlich, zielen die Untersuchungen doch auf die Erkenntnis und die mögliche Manipulation der Funktionen, die unsere kognitiven Prozesse, unsere Befindlichkeiten und unser Verhalten steuern. Es ist deshalb auch besonders dringlich, die Probleme sorgfältig zu analysieren, die sich aus den eröffneten Handlungsmöglichkeiten ergeben, gesundheitspolitische ebenso wie ethische Probleme, die an die Wurzeln unseres kulturellen Selbstverständnisses rühren. Deshalb haben sich Senat und Bürgerschaft entschieden dafür eingesetzt, daß diese Aufgaben von einer Forschergruppe bearbeitet werden, die organisatorisch und institutionell zum Forschungsschwerpunkt Biotechnologie, Umwelt und Gesellschaft (BIOGUM) gehört, aber räumlich in das ZMNH integriert ist, um eine enge Kooperation mit den Wissenschaftlern des ZMNH zu ermöglichen. Nach der gerade erfolgten Besetzung der Leiterstelle (C4-Professur) wird die Projektgruppe 1996 mit der Fertigstellung des Neubaus für das ZMNH ihre Arbeit in neuen Räumen fortsetzen (s. hierzu: II.1.10 BIOGUM).