Tiefe Einblicke
Tiefe Einblicke
Die Forschung von Martin Pilhofer trägt dazu bei, dass wir besser verstehen, wie Leben auf der Erde entstanden ist und sich weiterentwickeln konnte. Ermöglicht wurde seine Professur von Partnern.
Das Ziel von Martin Pilhofer und seinem Team ist es, die Interaktionen von mikroskopisch kleinen Lebewesen, sogenannten Mikroben, mit anderen Zellen zu untersuchen. Sein besonderes Interesse gilt dabei der Untersuchung der Strukturen, die diese Zell-Zell-Wechselwirkungen vermitteln. Durch Kombination der Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) mit anderen bildgebenden Verfahren verbindet die Gruppe dabei Erkenntnisse von der molekularen bis zur zellulären und interzellulären Ebene. So liefern Datensätze der Lichtmikroskopie Informationen im Mikrometerbereich, während Methoden der Strukturbiologie, namentlich die Kryo-EM, Einblicke auf atomarer Ebene im Nanometerbereich und darunter gewähren.
Bei der Kryo-EM werden Zellproben für die Untersuchung im Elektronenmikroskop so vorbereitet, dass sie blitzschnell tiefgefroren und dadurch für die Analyse stabilisiert werden. Pilhofer hat dieses Verfahren während seines Forschungsaufenthalts in den USA massgeblich verbessert und 2014 an die ETH gebracht, als er hier erst Assistenzprofessor und dann ausserordentlicher Professor wurde. Die Weiterentwicklung der Kryo-EM ist neben der Erforschung von verschiedenen Zell-Zell-Interaktionen ein weiterer Schwerpunkt der Forschungsgruppe.
«Unsere Visualisierungen von Strukturen intakter Zellen schaffen neue Einblicke in zentrale Lebensvorgänge und Grundlagen für zukünftige Anwendungen in der Medizin.»
Wie alles begann
Martin Pilhofers Professur ist eine von vier Professuren des Departements Biologie, die dem Centre of Origin and Prevalence of Life angeschlossen sind. Sie wurde unter anderem von der NOMIS Foundation ermöglicht, die Anschaffung eines hochmodernen Kryo-EM-Geräts zudem von der Baugarten Stiftung und der Familie August von Finck. Im Kontext des interdisziplinären Zentrums erforscht Pilhofer die Evolution bei Einzellern. Er sagt: «Je weiter wir in der Erdgeschichte zurückgehen, desto unsicherer werden unsere Hypothesen und Erkenntnisse.»
Auch das Auftreten der ersten Einzeller lässt sich nicht genau festmachen. Geschätzt wird, dass sie vor rund 3,5 bis 4 Milliarden Jahren in Erscheinung traten, wie fossile Bakterien belegen. «Wir vermuten, dass sich an extremen Orten wie Schloten in der Tiefsee oder heissen Quellen ursprüngliche Einzeller bald nach ihrer Entstehung in Bakterien und Archaeen aufspalteten», sagt Mikrobiologe Pilhofer.
Mit seiner Gruppe ist Pilhofer daran, hochaufgelöste Elektronenmikroskopiebilder von sogenannten Asgard-Archaeen zu machen. Die ETH-Forschenden wollen klären, wie die Zellmembran der Asgard-Archaeen aussieht und ob es in diesen Zellen ein spezielles inneres Membransystem gibt. «Diese Forschung hilft uns, besser zu verstehen, wie sich eine Wirtszelle, die mit einem Bakterium verschmolzen ist, einst zu einer komplexen Zelle weiterentwickelt hat», sagt Pilhofer.
Interessante Fördermöglichkeiten
Martin Pilhofers Forschung liefert wichtige Puzzleteile, um das Rätsel vom Ursprung des Lebens zu lösen. Doch viele dieser Teile fehlen noch. Damit das Centre for Origin and Prevalence of Life sein volles Potenzial entfalten kann, ist weitere finanzielle Unterstützung von Gönnerinnen und Gönnern sowie durch Stiftungen und die Wirtschaft vonnöten. In der aktuellen Phase sind besonders Mittel für die Unterstützung von Forschenden gefragt, die noch am Anfang ihrer wissenschaftlichen Karriere stehen, zum Beispiel Fellowships für Doktorierende.
«Viele Forschungsgruppen verschiedener ETH-Departemente haben eines gemeinsam: den grossen Wunsch, die Ursprünge des Lebens zu ergründen. Mit dem Centre for Origin and Prevalence of Life haben wir optimale Rahmenbedingungen dafür geschaffen, dass dieses gemeinsame Interesse in gemeinsame Antworten münden kann.»
Joël Mesot, Präsident der ETH Zürich, Vizepräsident des Stiftungsrats der ETH Foundation
