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Zukunftszentrum Mikrokosmos Erde in Kooperation mit Max-Planck-Forschungsgruppe

27.01.2023 (wm/red) Alles begann mit einer intensiven Recherche. Die studierte Chemikerin Martina Preiner arbeitete erfolgreich als freiberufliche Journalistin, doch das Thema „Entstehung des Lebens“ ließ sie einfach nicht mehr los. 2020 promovierte sie zum Thema Protometabolismus an der Heinrich-Heine-Universität. Seit Anfang dieses Jahres ergänzt Martina Preiner als Max-Planck-Forschungsgruppenleiterin des Marburger Max-Planck-Instituts die Gruppen von Judith Klatt und Julia Kurth am Zukunftszentrum Mikrokosmos Erde.

 Chemikerin Preiner startet 2023 mit Forschungsgruppe „Geochemische Protoenzyme“

Wie entwickelten sich die frühesten Stoffwechselprozesse zu Beginn des Lebens, und wie haben sie zur Entstehung des Lebens beigetragen? Dr. Martina Preiner ergänzt die zwei bereits bestehenden Gruppen des neuen Zukunftszentrums Mikrokosmos Erde um einen weiteren Aspekt: Sie erforscht, wie sich an der Wiege der Evolution die Wege der belebten und der unbelebten Welt kreuzten.

Preiner interessiert vor allem, wie sich aus den chemischen Prozessen in der frühen Erdkruste die organische Chemie des Lebens entwickelte. Dreh- und Angelpunkte jeder biochemischen Reaktion sind Enzyme, also Biokatalysatoren. Erst sie vermitteln biochemische Reaktionen in der hohen Reaktionsgeschwindigkeit, die lebende Systeme brauchen. Heute stehen wir vor einer schier überwältigenden Vielfalt teils hochkomplexer Enzyme.

Am Anfang waren Gase, Wasser und Mineralien

Doch der Weg zur Entstehung des Lebens war buchstäblich steinig: Es gab zunächst nur Gase, Wasser und Mineralien. Wie also entstanden die wichtigen Biokatalysatoren? „Die biologische Komplexität ist mit großer Wahrscheinlichkeit nicht sprunghaft entstanden, sondern es war ein langer und fließender Prozess, bis die ersten, lebenden Zellen existierten.

„Meine Hypothese ist, dass es eine Zeit gab, in der zwar noch keine Enzyme entstanden waren, dass aber bereits organische Cofaktoren existierten. Diese konnten mit Mineralien interagieren, um bestimmte Prozesse möglich zu machen“ Martina Preiner

Sie möchte konkrete Übergangspunkte zwischen Geo- und Biochemie ausfindig machen, indem sie die Wechselwirkungen zwischen geochemisch aktiven Systemen und Abschnitten von mikrobiellen Stoffwechseln erforscht.

Die Cofaktoren stehen dabei im Zentrum ihrer Arbeit. „Forscherkolleginnen und -kollegen haben vor einigen Jahren gezeigt, wie zentral bestimmte Cofaktoren für nicht-enzymatische, autokatalytische Netzwerke sind. Und Gesteinsoberflächen könnten meiner Ansicht nach sowohl die Funktion von Cofaktoren als auch Enzymen übernehmen.“

Mineralien können mit organischen Cofaktoren reagieren

Dr. Martina Preiner, Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie sowie dem „Zukunftszentrum Mikrokosmos Erde“. Foto Virginia Geisel

Zusammen mit anderen Forschenden konnte Martina Preiner bereits zeigen, dass zentrale Produkte des ältesten CO2-Fixierung Stoffwechselweges, des Acetyl-CoA-Wegs, ohne Enzyme mit mineralischen Eisenverbindungen aus CO2 und Wasserstoff (H2) entstehen können. Mineralien könnten also in einem präbiotischen Szenario die Funktion von Enzymen übernommen und mit organischen Cofaktoren reagiert haben. Für den Redox-Cofaktor NAD ist der Nachweis bereits gelungen. Nun möchte sie diesen möglichen Ablauf für weitere Cofaktoren zeigen.

Und die Mikrobiologie?  Martina Preiner möchte die ältesten Organismen, die Biochemie betreiben, in geochemische Forschungsansätze einbeziehen. „Ich möchte bei meinen Kolleginnen und Kollegen schauen, wie die Mechanismen im lebenden Organismus ablaufen. Das wird in Marburg detailliert aufgeklärt. In der Forschung zum Ursprung des Lebens hat die Chemie bislang nicht ausreichend eng mit der Mikrobiologie zusammengearbeitet – dazu habe ich hier eine ganz besondere Gelegenheit bekommen, worüber ich sehr froh bin,“ so Preiner.

Biochemische Prozesse und industrielle Katalyseforschung

Obwohl sie sich mit der Urzeit beschäftigt, hat Martina Preiners Arbeit dennoch – oder gerade deswegen – einen hohen Gegenwartsbezug: Ihre Arbeit verbindet evolutionäre Erkenntnisse zur Entstehung biochemischer Prozesse mit neuen Ansätzen in der industriellen Katalyseforschung. Sie sieht sich als Generalistin und ist damit im neuen Zentrum genau am richtigen Ort. Kandidatinnen und Kandidaten, die an einer Promotionsstelle in ihrer Gruppe interessiert sind, können sich ab jetzt bewerben.

Tobias Erb, Geschäftsführender Direktor des Max-Planck-Instituts und Mitinitiator des Zukunftszentrums: „Mit Martina Preiner gewinnen wir eine Person, die sich über die klassischen Disziplinen hinweg mit der Frage beschäftigt, wie aus CO2 organische Materie und Leben entstehen konnte. Aus der Vergangenheit zu lernen, um neue Lösungen für eine nachhaltige Zukunft zu finden, ist ein innovativer Ansatz, dem sie sich im Rahmen unseres Zukunftszentrums mit Ihren Kolleginnen und Kollegen widmen kann.“

Martina Preiner studierte Chemie und Biochemie an der Ludwig-Maximilian-Universität in München. NachMasterarbeit (2009) in physikalischer Chemie hatsie sich allgemein mit Wissenschaft und Gesellschaft beschäftigen – als selbständige Wissenschaftsjournalistin. Sie arbeitete für den Deutschlandfunk, den WDR, Spektrum der Wissenschaft und die Neue Zürcher Zeitung. 2016 zurück in die Wissenschaft, sie promovierte bei dem Biologen Bill Martin an der Heinrich- Heine-Universität in Düsseldorf. Nach Promotion (2020) und Elternzeit in die Niederlande, um an der Universität Utrecht und dem Royal Netherlands Institute for Sea Research (NIOZ) ihr geologisches und geochemisches Verständnis zu vertiefen und erste Erfahrungen als Co-Leiterin einer Expedition zum mittlelatlantischen Rücken zu sammeln.

Ihre Erfahrungen in Chemie, Biologie und Geowissenschaften will sie  in ihre neue Forschungsgruppe am Zukunftszentrum Mikrokosmos Erde einbringen und ein interdisziplinäres Team aufbauen.  2022 erhielt Martina Preiner den Förderpreis für Wissenschaften der Landeshauptstadt Düsseldorf.

Zukunftszentrum „Mikrokosmos Erde“

Das Zukunftszentrum „Mikrokosmos Erde“ ist ein gemeinsames Projekt des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie (MPI-TM) und der Philipps-Universität Marburg (UMR), das sich dem ebenso hochaktuellen wie breit gefächerten Themengebiet Umwelt- und Klimamikrobiologie widmet. In der Laufzeit von 7 Jahren und wird es vom Land Hessen gefördert. Neben SYNMIKRO weiterer Knotenpunkt interdisziplinärer Zusammenarbeit in der mikrobiologischen Forschungslandschaft von Marburg.

Website: https://www.uni-marburg.de/en/microcosm-earth

 

Dr. Martina Preiner, Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie sowie am „Zukunftszentrum Mikrokosmos Erde“. Foto Virginia Geisel

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