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Prof. Dr. Michael Famulok - Gottfried Wilhelm Leibniz-Preisträger 2002

Prof. Dr. Michael Famulok

Prof. Dr. Michael Famulok

Michael Famulok studierte Chemie in Marburg und wurde dort 1989 promoviert. Als Postdoc ging er in die USA und forschte dort am Massachusetts Institute of Technology, am Massachusetts General Hospital und am Harvard Department of Genetics. Von 1992 bis 1996 führte er seine Habilitationsarbeiten am Institut für Biochemie der Ludwig-Maximilians-Universität München durch. Seit 1999 ist er Inhaber des Lehrstuhls für Bioorganische Chemie an der Universität Bonn.

Michael Famulok arbeitet im Grenzgebiet von organischer Chemie und Biochemie/Molekularbiologie. Er hat ein völlig neues Verfahren der künstlichen Herstellung von Nukleinsäuren, so genannte Aptamere, entwickelt, die hoch selektiv andere Moleküle binden können. Dieses Verfahren, in vitro-Selektion genannt, erlaubt auf molekularer Ebene eine spezifische Bindungsfähigkeit für verschiedene Substrate und zeigt, dass Nukleinsäuren ähnliche wie Antikörper funktionieren können. Famulok, der mit seiner Arbeitsgruppe neue Möglichkeiten für die Aufklärung von Proteinfunktionen und die funktionelle Genomforschung eröffnet, hat für seine Arbeit unter anderem den Otto-Klung-Preis der Chemie und den Förderpreis der Karl-Ziegler-Stiftung erhalten.

Lebenslauf

Name:  Michael Famulok 

Geburtsdatum:  09.05.1960 

Geburtsort:  Fulda, Germany 

Familienstand:  Verheiratet mit Claudia Famulok, 2 Kinder: Nicolai (14 J.) und Johanna (10 J.) 

Nationalität:  Deutsch 

   

Studium   

1981-1986  Diplom Chemie, Universität Marburg 

1987-1989  Dr. rer. nat. Universität Marburg (Organische Chemie) 

 

Berufliche Stationen 

1989 - 1990  Postdoktorat, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA (Prof. Julius Rebek, Jr., Dept of Chemistry) 

1990 - 1992  Postdoktorat, Massachusetts General Hospital/Harvard Department of Genetics, Boston, USA (Jack W. Szostak, Molecular Biology) 

1992 - 1996  Habilitation im Fach Biochemie und Bioorganische Chemie, Institut für Biochemie, LMU München 

1996-1997  Vertretungsprofessur C3 Biochemie, Institut f. Biochemie, LMU München 

1998-1999  Vertretungsprofessur C4 Biochemie und Geschäftsführung, Institut f. Biochemie, LMU München 

seit 1999  Professor (C4) für Biochemie/Bioorganische Chemie, Kekulé Institut für Organische Chemie und Biochemie, Universität Bonn 

 

Akademische und Professionelle Aufgaben   

2000  Mitgründer der NascaCell GmbH, Tutzing 

seit 2000  Wissenschaftlicher Berater Aventis Gencell, Hayward, USA 

seit 2000  Gewählter Vorsitzender der Ortsgruppe Bonn der GDCh 

seit 2000  Mitglied der Kommission "Lehre und Studium" der HRK 

seit 2001  Associate Editor bei Chemistry & Biology 2001 Ruf auf einen Lehrstuhl für Biochemie, Universität Würzburg

Forschungsschwerpunkte

In vitro Evolution von Nukleinsäuren, Bioorganische Chemie der Nukleinsäuren

Eine kurze, nur aus einem Strang bestehende DNA oder RNA kann aufgrund ihrer dreidimensionalen Struktur ebenso gut an Proteine, Viren, oder andere zelluläre Bestandteile binden, wie ein natürlicher Bindungspartner. Man bezeichnet diese zur spezifischen Erkennung fähigen Nukleinsäuren auch als Aptamere. Sie können aus Gemischen von Billionen zufällig erzeugter Sequenzen über die feste Bindung an ihren Bindungspartner herausgesucht werden. Die dazu nötigen Methoden sind in den 90er Jahren von Jack Szostak und von Larry Gold unabhängig voneinander in den USA entwickelt worden. Wir wenden die "In vitro Selektion" an, um DNA oder RNA-Moleküle mit genau vorherbestimmbaren Eigenschaften zu finden. Neben dem Auffinden spezifisch bindender Aptamere können weitere interesssante Eigenschaften sein: Inhibition wichtiger zellulärer Proteine oder die Beschleunigung chemischer Reaktionen (man spricht dann von "Ribozymen"). Die neu identifizierten funktionelle Nukleinsäuren werden von uns als Werkzeuge in der Biochemie, für die Suche von neuen Medikamenten, für die Aufklärung der Funktion von Biomolekülen, die Enzymologie und als Hilfsmittel für interessante Problemstellungen im Zusammenhang mit der Frage nach der frühen Evolution des Lebens eingesetzt.

Aptamere können sowohl eine hemmende als auch eine stimulierende Wirkung auf das erkannte Molekül ausüben und dadurch einen zellulären Botenstoff oder ein Arzneimittel nachahmen. Mit ihnen lässt sich deshalb klären, welche Aufgaben bestimmte Proteine in der Zelle haben und ob sie als Angriffspunkte für die Therapie in Frage kommen. Wir haben zum Beispiel Aptamere selektiert, die an Proteine binden, die wichtige regulatorische Funktionen im Zellinneren menschlicher Immunzellen ausüben. Ein solches Protein ist etwa das Cytohesin-1. Dessen Aufgabe ist es, Signale im Zellinneren auszulösen, welche Immunzellen letztendlich befähigen, während einer Entzündung den Infektionsherd finden zu können. Dazu müssen sie bei ihrer Wanderung in Geweben an andere Zellen anheften und diese nach wichtigen Richtungsinformationen abtasten. Wird die Aktivierung von Cytohesin-1 durch ein Aptamer im Zytoplasma blockiert, können die Immunzellen andere Zellen nicht mehr erkennen, weil sie nicht mehr die dynamischen Formveränderungen ausführen können, die zur Abtastung der sie umgebenden Zellen notwendig sind und werden sozusagen "blind". Die beschriebenen, ausserordentlichen Fähigkeiten von Immunzellen sind zwar lebensnotwending, aber nicht immer vorteilhaft. Manche von ihnen wandern nämlich unter Umständen in Gewebe ein, in denen sie nichts zu suchen haben, und können sogar zu deren Zerstörung beitragen. "Autoimmunerkrankungen" (z.B. Arthritis, Diabetes, Multiple Sklerose), die durch solche schädlichen und fehlgeleiteten Immunzellen mitausgelöst werden, sind in Zukunft vielleicht dadurch besser behandelbar, dass man sie daran hindert, die Orte aufzusuchen, an denen sie Schaden anrichten könnten. Aptamere sind deshalb interessante neue Werkzeuge für die Arzneimittelforschung. Wirkt ein Aptamer wie ein Antagonist und blockiert den Bindungspartner so, dass die natürlichen Signalmoleküle nicht mehr zum Zuge kommen, könnte dies zu einer wirkungsvollen Therapie führen.

Als Therapeutika kommen die Aptamere zur Zeit nur in einigen Ausnahmefällen in Frage. Sie können aber wichtige Hilfsmittel auf der Suche nach besseren Therapeutika sein. Wir setzen sie deshalb in Kombination mit katalytisch aktiven RNA-Molekülen und unter Einsatz organischer Synthesemethoden ein, um sehr schnell und effektiv kleine Moleküle finden zu können, welche die Aufgabe des Aptamers übernehmen können, aber potentiell viel besser als Medikamente geeignet sind. So können mit Hilfe Aptamerregulierter Ribozyme aus vielen tausenden kleiner organischer Moleküle Substanzen identifiziert werden, die eine Aptamer-Protein- oder Aptamer-Ligandwechselwirkung stören können. Wir haben auf diese Weise vor Kurzem ein organisches Molekül gefunden, das die Vermehrung des AIDS-Virus verhindern kann. Diese Eigenschaft des Moleküls war vorher nicht bekannt.

Aus kombinatorischen Nukleinsäurebibliotheken isolieren wir auch katalytisch aktive DNA- und RNA-Moleküle, die verschiedene wichtige organischchemische Reaktionen beschleunigen, etwa Phosphodiesterspaltungen, Transesterifizierungen, Michael-Additionen. Diese neuartigen Ribozyme können helfen, generell wichtige Fragen der Enzymologie zu beantworten. Sie haben aber auch eine wichtige Bedeutung für die Frage nach der frühen Evolution des Lebens auf der Erde. Man nimmt nämlich an, dass es in der präbiotischen Evolution eine Phase gab, in der die meisten chemischen Reaktionen nicht von Proteinen, sondern von RNA Molekülen gesteuert und beschleunigt wurden. Das Ribosom und das Spliceosom, hochmolekulare Komplexe aus Proteinen und RNA, welche die Proteinsynthese bzw. die Aufbereitung der Boten-RNA steuern, sind noch heute in allen eukaryontischen Zellen vorhandene mögliche Überbleibsel dieser frühen Phase der Evolution. Um die Plausibilität dieser Hypothesen untersuchen zu können ist es wichtig zu zeigen, dass RNA Moleküle in der Lage sind, eine möglichst breite Palette unterschiedlicher chemischer Reaktionen zu katalysieren. Auch wenn dies noch kein wirklicher Beweis für die frühe "RNA-Welt" ist, so zeigen solche künstlichen Ribozyme immerhin, dass die RNA-Welt früher durchaus existiert haben könnte.