Wie würden Sie einem Laien Ihr Fachgebiet erklären?
Furlong: Mein Bereich sind die Biowissenschaften. Ich kombiniere Entwicklungsbiologie, Genomik, Genetik und Informatik. Im Mittelpunkt steht dabei die DNA, der Bauplan unseres Lebens.
Was ist neu an Ihrer Forschung?
Furlong: Lassen Sie mich das kurz erklären: Jede Zelle in unserem Körper hat dieselbe DNA oder dasselbe Genom, aber sehr unterschiedliche Funktionen. Eine Leberzelle funktioniert anders als eine Nervenzelle oder eine Zelle im Gehirn. Ich untersuche, wie die Gene reguliert werden, die all die verschiedenen Zelltypen in unserem Körper entstehen lassen – und was dabei schiefgehen und zu Krankheiten führen kann.
Eine wichtige Rolle spielen dabei sogenannte Enhancer.
Furlong: Ja, das stimmt. Unsere DNA enthält Gene, die Proteine produzieren. Diese kann man sich als Arbeiter in unseren Zellen vorstellen, die verschiedene Aufgaben ausführen. Sie formen zum Beispiel unsere Organe. Aber nur drei Prozent unseres genetischen Materials produzieren solche Proteine. Der Rest galt lange Zeit als „Junk-DNA“, also als nutzloses Material. Es enthält jedoch rund eine Million Steuerelemente, sogenannte Enhancer. Diese „Verstärker“ kann man sich als Lichtschalter vorstellen: Sie schalten Gene ein und aus und bestimmen so, welche Gene in einer Zelle aktiv sind und welche nicht. Unklar war bisher, wie Enhancer funktionieren und wie sie im Zellkern, dem Kontrollzentrum jeder Zelle, zusammenwirken.
Sie haben für Ihre Fortschritte auf dem Gebiet 2022 den Leibniz-Preis erhalten. Was haben Sie herausgefunden?
Furlong: Wir konnten zeigen, wie Enhancer in normalen Situationen funktionieren und wie Sequenzunterschiede wie Mutationen ihre Funktion beeinflussen können. Daraus konnten wir ableiten, warum Genmutationen zu Krankheiten führen, etwa zu Fehlbildungen bei Embryonen.
Und wie erforschen Sie das?
Furlong: Die meisten unserer Experimente führen wir an Fruchtfliegen durch, weil sie 70 Prozent unserer Gene teilen. Wir verändern beispielsweise die Anordnung der Enhancer in Bezug auf die Gene auf ihren Chromosomen und beobachten, wie sich dies auf die Funktion der Enhancer auswirkt. So können wir wichtige Erkenntnisse darüber gewinnen, wie viele biologische Prozesse reguliert werden.
Sie setzen in Ihrer Arbeit auch auf digitale Technologien wie etwa maschinelles Lernen und Bildgebungsverfahren.
Furlong: Die Förderung der Baden-Württemberg Stiftung hat es uns ermöglicht, die Einzelmolekül Bildgebung hier in Heidelberg zu etablieren – eine Technologie, die es vorher nirgendwo in Deutschland gab. Damit konnten wir auf einmal tausende Gene gleichzeitig untersuchen. Wir konnten so viel systematischer und unvoreingenommener vorgehen und unserer Forschung viel mehr Aussagekraft verleihen.
Welche Herausforderungen mussten Sie im Forschungsprozess bewältigen?
Furlong: Die größte war sicherlich die Corona-Pandemie. Wir haben Anfang 2020 mit unserem Projekt begonnen. Es war schwierig, Personal zu beschaffen, da viele Ressourcen in die Covid-Bekämpfung flossen. Außerdem war die Technologie, die wir einsetzen wollten, komplizierter als erwartet. Vieles mussten wir selbst herausfinden. Wir haben aber auch auf externes Expertenwissen, etwa aus der Informatik, zurückgegriffen. Gerade diese interdisziplinäre Zusammenarbeit war entscheidend für unseren Erfolg. In unserem aktuellen Projekt arbeiten wir mit Ingenieuren aus den Bereichen Materialwissenschaft und Nanofabrikation zusammen, um 3D-gedruckte Gerüste herzustellen, auf denen Zellen im Labor gezüchtet werden können. Diese Forschung ist wichtig für eine bessere Modellierung der Herzentwicklung und von Herzerkrankungen.
Was macht Ihnen Mut in diesen unruhigen Zeiten?
Furlong: Die Wissenschaft! Sie funktioniert über Grenzen und politische Unterschiede hinweg und ist datengetrieben. Unterschiedliche Menschen arbeiten zusammen, um das Wissen zu erweitern, oft über Disziplinen hinaus. Ohne die Zusammenarbeit mit Fachleuten aus der Informatik, dem Ingenieurwesen und der Biologie wären unsere Projekte nicht möglich gewesen. Die Baden- Württemberg Stiftung leistet einen wichtigen Beitrag, indem sie fundamentale Forschung fördert, die langfristig bahnbrechende Entdeckungen ermöglichen kann. Viele große wissenschaftliche Durchbrüche basieren auf einem über viele Jahre angesammelten Wissen, dessen letztendlicher Nutzen lange Zeit unklar war. Denken Sie an die mRNA-Technologie, die hinter den Covid-19- Impfstoffen steckt und die 30 Jahre lang entwickelt wurde – lange bevor jemand wusste, dass sie in einer Pandemie entscheidend sein würde.
