Den mit 20.000 Euro dotierten DECHEMA-Preis
der Max-Buchner-Forschungsstiftung erhält in diesem Jahr
Professor Dr. rer.nat. Wolfgang Wiechert von der
Universität Siegen
Er wird ausgezeichnet für seine „bahnbrechenden Arbeiten auf dem
Gebiet der Modellierung von Stoffwechselvorgängen, die zu einer quantitativen
und experimentell gesicherten Beschreibung biologischer Systeme und ihrer
industriellen Nutzung führen“. Die Preisverleihung findet am 28.
November 2008 um 16.00 Uhr im Rahmen eines Festkolloquiums im DECHEMA-Haus, Theodor-Heuss-Allee
25, in Frankfurt/Main statt.
Der DECHEMA-Preis der
Max-Buchner-Forschungsstiftung wird seit 1951 jährlich vergeben. Damit werden
herausragende Forschungsarbeiten aus den Bereichen Technische Chemie,
Verfahrenstechnik, Biotechnologie und Chemische Apparatetechnik gewürdigt.
Besonders Arbeiten jüngerer Forscher werden dafür berücksichtigt, die von
grundsätzlicher Bedeutung sind und eine enge Verflechtung von Forschung und
praktischer Anwendung zeigen.
Fotos des Preisträgers
und von der Preisverleihung sind erhältlich bei der Öffentlichkeitsarbeit der
DECHEMA e.V., Tel.: 069/7564-442, Fax: 069/7564-272, E-Mail:
Die Vermessung der Zelle: Auf dem Weg
zu einer quantitativen Biologie
Präzise
Messmethoden und eine mathematische Beschreibung der beobachteten Phänomene
werden bis heute eher als ein Kennzeichen der Physik als der Biologie
betrachtet. Mit der Verfügbarkeit neuer Methoden, die in kurzer Zeit viele Daten
über die Strukturen und Prozesse in einer Zelle liefern, rückt eine
mathematische Beschreibung biologischer Systeme jedoch in den Bereich des
Möglichen. Ein neuer Zweig der Biologie – die Systembiologie – hat sich auf die
Fahnen geschrieben, die komplexen Regulationsnetzwerke von Zellen aufzuklären,
mit systemtheoretischen Mitteln zu verstehen und die Ergebnisse zur Anwendung
zu bringen. Da der Umgang mit komplexen Systemen eine klassische
Ingenieurdomäne ist, sind in diesem Arbeitsgebiet heute viele Systemwissenschaftler
aus dem Ingenieurbereich anzutreffen.
Wolfgang
Wiechert befasst sich seit 15 Jahren mit der Vermessung und quantitativen
Beschreibung biologischer Netzwerke. Er war maßgeblich beteiligt an der Entwicklung
einer Methode zur Quantifizierung von Stoffflüssen in lebenden Zellen. Als studierter
Mathematiker trug er vor allem zur relativ komplizierten mathematischen Theorie
hinter der Methode bei. Die Stoffflussanalyse macht sichtbar, wie die einzelne
Zelle den aufgenommenen Nährstoff (meist Glukose) im Stoffwechsel umsetzt und
für die Energiegewinnung oder den Aufbau der Zellmasse nutzt. Sie wird heute
weltweit als Werkzeug eingesetzt, um den Effekt genetischer Veränderungen im
Zuge der Entwicklung biotechnologischer Produktionsstämme zu diagnostizieren.
Stoffflüsse sind dabei nur selten direkt messbar; meist müssen die
Informationen indirekt beschafft werden, in dem man die Zelle mit 13C-markierter
Glukose füttert und dann beobachtet, wie sich der Spurstoff über das Stoffwechselnetzwerk
verteilt.
Man
kann sich das Wachstum einer Zelle wie einen Hausbau vorstellen, bei dem in
genau festgelegten Proportionen bestimmte Bausteine benötigt werden. Die Zelle
muss also über Mechanismen verfügen, die den Nachschub an „Material“ genau
regulieren. Werden diese Mechanismen gezielt gestört, kann die Zelle dazu
gebracht werden, einen Baustein im Überfluss zu produzieren. Dies ermöglicht wiederum
die industrielle Produktion von chemischen Substanzen mit Mikroorganismen.
Um mehr über die Regulationsnetzwerke einer Zelle zu
erfahren, befasste sich die Arbeitsgruppe von Wolfgang Wiechert mit der
Auswertung von Pulsexperimenten. Dabei wird der Nährstoff Glukose nach einer
Hungerphase schlagartig bereitgestellt. Zellen reagieren auf ein solches
plötzliches Überangebot mit sich schnell verändernden Stoffflüssen, die durch
zeitaufgelöste Messung der Stoffkonzentrationen beobachtbar werden. Durch
Auswertung dieser Metabolomdaten auf Grundlage von mathematischen Modellen
konnten Aussagen über die Regulationsmechanismen abgeleitet werden. Dieser Weg
führt schrittweise zu einer quantitativen durch mathematische Modelle
gestützten Sicht der Zelle. Diese Ergebnisse dienen dann wiederum den
Ingenieuren als Grundlage für eine Bioprozessentwicklung.
Beruflicher Werdegang des Preisträgers
Wolfgang
Wiechert (Jahrgang 1960) wechselte nach Abschluss seines Mathematik- und
Informatikstudiums an der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn in
die damals neu gegründete Abteilung Theoretische Biologie am Botanischen
Institut, um die erlernten Methoden in die Anwendung zu überführen. Nach
Aufbaustudien in Biotechnologie und Bioverfahrenstechnik promovierte er 1990
mit Auszeichnung über ein Thema aus der Bioprozessdatenanalyse. Er wechselte
dann an das Institut für Biotechnologie 2 des Forschungszentrums Jülich. 1986
fasste er seine Forschungsergebnisse über die Grundlagen für die Methode der
Metabolischen 13C-Stoffflussanalyse in seiner Habilitationsschrift
zusammen und erhielt im gleichen Jahr einen Ruf auf die Professur für Simulationstechnik
am Institut für Mechanik und Regelungstechnik des Fachbereichs Maschinenbau an
der Universität Siegen. 2001 wurde die Entwicklung des theoretischen Fundaments
der 13C-Stoffflussanalyse mit dem “9th Bellman Prize“ der
Zeitschrift Mathematical Biosciences ausgezeichnet.
2006
verbrachte er ein halbes Jahr als Gastprofessor am Institute for Computational
Science und am Institute for Molecular Systems Biology der ETH Zürich. Vor kurzem erhielt Prof. Wiechert den Ruf auf
die Direktorenstelle am Institut für Biotechnologie 2 des Forschungszentrums
Jülich.
Wolfgang Wiechert ist Sprecher des Siegener Forschungszentrums für Multidisziplinäre Analysen und Angewandte Systemoptimierung (FOMAAS), das sich mit der rechnergestützten Modellierung, Analyse, Simulation und Optimierung komplexer Systeme befasst. Er leitet den Arbeitskreis Systembiologie und Synthetische Biologie der DECHEMA und ist seit mehreren Jahren im Vorstand der Deutschen Simulationsgemeinschaft ASIM für das Ressort Lehre und Ausbildung zuständig.
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