Nach fast einem Jahrzehnt im Department Chemie der NAT School ist Boekhovens Gruppe vor kurzem ans Department Bioscience umgezogen – eine gute Gelegenheit, mehr über die Wissenschaft und die Person dahinter zu erfahren.
NAT: Sie sind jetzt seit fast 10 Jahren Professor an der NAT School, was ist Ihr Hintergrund und was hat Sie nach München gebracht?
Professor Dr. Job Boekhoven (JB): Ich stamme aus einer Familie von Auswanderern, und als ich aufwuchs, hatten meine Geschwister und ich die Möglichkeit, in der ganzen Welt zu leben – wohin auch immer die Wege meiner Eltern führten. Durch diesen Lebensstil habe ich eine Vorliebe für die Entdeckung neuer Orte und Kulturen entwickelt, was natürlich zu einer akademischen Laufbahn passt. Ich habe in den Niederlanden studiert, einen kurzen Aufenthalt in Großbritannien eingelegt, meine Reise in den USA fortgesetzt und schließlich beschlossen, mich in Deutschland niederzulassen – ein neues Kapitel in einem Land voller Möglichkeiten.
Mein Hintergrund ist die organische Chemie – die Kunst, größere Moleküle aus kleineren zusammenzusetzen. Während meines Studiums entdeckte ich die supramolekulare Chemie und das Konzept der Selbstorganisation, und ich war sofort von der Idee angezogen, Strukturen ohne die klassische Synthese zu erschaffen. Ich promovierte auf diesem Gebiet und entwickelte eine durch chemische Reaktionen angetriebene Methode, die sich an der Selbstorganisation der Biologie orientiert. Während meines Postdocs wandte ich diese Ideen auf biomedizinische Stoffe an und arbeitete an selbstorganisierenden Peptiden, die Nanofasern bilden, um die Heilung nach Verletzungen wie Rückenmarksverletzungen zu unterstützen. Es ist sehr befriedigend zu sehen, wie sich grundlegende Prinzipien der Chemie in der Praxis auswirken.
NAT: Können Sie uns ein wenig mehr über Ihre Forschungsinteressen erzählen?
JB: Ich finde es unglaublich inspirierend, was die Biologie mit Molekülen anstellt. Technisch gesehen können wir die meisten Moleküle, die mit dem Leben in Verbindung stehen, herstellen, sei es DNA, RNA, Proteine oder kleine Moleküle. Wir können sie sogar in etwas zusammensetzen, das einer Zelle vage ähnelt, was wir eine synthetische Zelle nennen. Dennoch können wir auf diese Weise kein Leben erzeugen. Irgendwie fehlt eine Zutat, und lange Zeit glaubte man, es gäbe ein Lebenselixier, das jede tote Materie in eine lebendige verwandeln könnte. Heute wissen wir, dass es so etwas nicht gibt. Es gibt keine geheime Zutat, die Chemie in Biologie verwandelt. Im Grunde genommen ist die Biologie eine äußerst komplexe, raffinierte und schöne Chemie. Das inspiriert mich. Es bedeutet, dass es viele Möglichkeiten für uns Chemiker gibt.
In meiner Arbeitsgruppe habe ich mir daher die kühne Aufgabe gestellt, Leben zu synthetisieren. Leben zu schaffen, nicht wie wir es kennen, sondern wie wir es (noch) nicht kennen. Eine Lebensform, die so einfach ist, dass sie alle minimalen Merkmale aufweist, um nach mancher Definition als Leben durchzugehen – sie muss sich aus den wenigen Zutaten, die wir ihr zuführen, selbst erhalten, sie muss sich selbst replizieren und sie muss die Evolution durchlaufen, wie Darwin sie beschrieben hat. Als Werkzeugkasten dienen uns synthetische Zellen, die wir mit Peptiden, Nukleinsäuren und kleinen Molekülen bestücken, um einfachere Moleküle in komplexere umzuwandeln, die bei der Replikation helfen.
NAT: „Leben erschaffen“ mag für viele Menschen beängstigend klingen. Versuchen Sie, ein Frankenstein-Monster zu erschaffen oder den Golem von Prag nachzubilden?
JB: Nein, ganz und gar nicht. Die Lebensformen, die wir zu entwickeln gedenken, sind einfach und in ihrer Existenz völlig von uns abhängig. Sie würden den Organismen der Biologie überhaupt nicht ähneln. Um ihre Eindämmung zu gewährleisten, werden wir Schutzmechanismen entwickeln, die sie von Molekülen abhängig machen, die außerhalb des Labors nicht existieren. Außerdem werden wir, sobald wir unserem Ziel auch nur annähernd nahekommen, Methoden und Protokolle anwenden, die denen ähneln, die Wissenschaftler bei der Arbeit mit genetisch veränderten Organismen wie Bakterien anwenden.
NAT: Warum sollten wir uns diese Technologien zu eigen machen (abgesehen von wissenschaftlichem Interesse) und keine Angst vor ihnen haben? Was sind die potenziellen Vorteile für die Menschheit?
JB: Es gibt unzählige Gründe, synthetisches Leben zu entwickeln. In erster Linie geht es darum, die Biotechnologie, die Medizin und die Materialwissenschaft zu revolutionieren. Schauen Sie sich all die Beispiele an, in denen Leben in unserer Gesellschaft und Technologie verwendet wird – die Hefe in unserem Brot, der Schimmel in unserem Käse, die Bakterien, die lebensrettendes Insulin oder Antibiotika produzieren, oder die Algen, die zur Herstellung nachhaltiger Biokraftstoffe gezüchtet werden. Doch so vielseitig das natürliche Leben auch sein mag, es hat auch seine Grenzen. Das Leben ist auf hochspezialisierte Enzyme angewiesen, die nur in einem relativ engen Fenster von pH-Wert, Lösungsmitteln und Temperatur arbeiten können.
Synthetisches Leben hingegen ist nicht auf Enzyme angewiesen, und wir könnten den Bereich, in dem es funktioniert, anpassen. Wir könnten eine Lebensform entwickeln, die Kunststoffe bei 250 °C in einem organischen Lösungsmittel in nützliche Monomere umwandelt. Oder eine Lebensform, die in der Lage ist, PFAS abzubauen – persistente „Ewigkeitschemikalien“, denen die derzeitigen Enzyme nur schwer etwas anhaben können. Wir könnten sogar Systeme entwickeln, die komplexe Medikamente herstellen, die von natürlichen Enzymen nicht synthetisiert werden können. Einfach ausgedrückt: Wir könnten die Funktionsprinzipien des Lebens nutzen, indem wir sie durch die Evolution optimieren, und zwar außerhalb des klassischen Betriebsfensters des Lebens.
Neben den praktischen Anwendungen gewährt uns die Herstellung von synthetischem Leben auch tiefe Einblicke in die Natur des Lebens selbst. Indem wir das Leben von Grund auf aufbauen, können wir testen, welche einfachsten, minimalen Bestandteile erforderlich für das Leben sind. Wir können uns dann fragen, ob diese Bestandteile auf unserem Planeten schon vor dem Leben vorhanden waren. Wir können auch die Raumfahrtbehörden bei ihren astrobiologischen Missionen darüber informieren, nach welchen molekularen Signaturen sie suchen müssen.
Natürlich gibt es auch potenzielle Risiken. Könnte synthetisches Leben für schädliche Zwecke missbraucht werden? Hier kommen die Aspekte Verteidigung und Biosicherheit ins Spiel. Auch dies ist ein Grund für die Synthese von Leben. Ein Teil unserer Verantwortung besteht darin, die Gefahren, die synthetisches Leben darstellen könnte, vorherzusehen und zu verstehen. Wenn diese Technologien Risiken für die Gesellschaft bergen, ist es wichtig, dass wir sie untersuchen – transparent, verantwortungsbewusst und proaktiv – und diese Aufgabe nicht Akteuren überlassen, die möglicherweise nicht die gleichen ethischen Standards oder das gleiche Engagement für die öffentliche Sicherheit haben.
Alles in allem wird das synthetische Leben also viele wissenschaftliche Bereiche und auch unsere Gesellschaft revolutionieren. Wie jede Arbeit an künstlich veränderten Organismen birgt sie Risiken. Wir sollten uns also auf diese Mission einlassen, solange sie verantwortungsvoll durchgeführt wird.
NAT: Forschung beinhaltet oft (internationale) Zusammenarbeit(en). Welche Mitarbeiter bringen Ihnen die meiste „Freude“/den meisten „wissenschaftlichen Ertrag“ und warum?
JB: Die erstaunlichsten Kooperationspartner sind diejenigen, die ein ähnliches Ziel verfolgen, aber aus unterschiedlichen Bereichen kommen. Durch das Max-Planck-Programm Matter to Life haben wir das Glück, ein Programm mit vielen deutschen Mitarbeitern zu haben, die meisten davon außerhalb Bayerns. Das ist also international, nicht wahr ;)
NAT: Sie sind kürzlich innerhalb der NAT School vom Fachbereich Chemie in den Fachbereich Biowissenschaften gewechselt. Was sind Ihre Beweggründe dafür, was erhoffen Sie sich konkret von diesem Wechsel?
JB: Aufgrund der Forschungsinteressen unserer Gruppe finde ich es schwierig, uns einem bestimmten Fachbereich zuzuordnen – wir bauen Moleküle wie ein organischer Chemiker, benutzen die Geräte der physikalischen Chemie, entwickeln Theorien für die Biophysik, bauen neue Enzyme mit Hilfe der Biochemie und schaffen neue Materialien für die Materialwissenschaften. Zu welchem Fachbereich gehören wir also? Ich bin daher ein großer Befürworter des neuen „School“ Systems der TUM. Unsere Wissenschaft sollte frei von Schubladendenken sein und stattdessen den Austausch zwischen den Disziplinen fördern. Ich habe festgestellt, dass das Department Bioscience sehr offen für die Idee der wissenschaftlichen Vielfalt ist, da er an sich eine Mischung aus Biophysik und Biochemie ist.
NAT: Was möchten Sie letztendlich erreichen und was sind Ihre Ziele für die nahe Zukunft?
JB: Es wäre fantastisch, wenn wir die Arbeit, die wir bisher geleistet haben, in den nächsten Jahrzehnten in der Praxis anwenden könnten. Ich hatte das unglaubliche Glück, an akademischen Fragen zu arbeiten und dabei die Grenzen unseres Wissens zu erweitern. Es wäre jedoch großartig, der Gesellschaft im Gegenzug auch ein greifbares, nützliches Produkt anzubieten.
Vor allem aber hoffe ich, ein Umfeld zu schaffen, in dem mein großartiges Team die Freiheit hat, die Grenzen der Wissenschaft zu erforschen, sich für ihre nächsten Karriereschritte weiterzuentwickeln und ihre Kreativität zur Beantwortung wichtiger Fragestellungen zu nutzen.
NAT: Möchten Sie Ihr Labor erweitern und suchen Sie deshalb nach weiteren Mitarbeitern, Master- oder PhD-Studenten?
JB: Ich bin immer auf der Suche nach Teammitgliedern, die in einem internationalen Umfeld an Themen arbeiten möchten, die über die klassische organische, Bio- oder physikalische Chemie hinausgehen.
Weitere Informationen und Links
- Profil von Prof. Boekhoven: https://www.professoren.tum.de/boekhoven-job
- BoekhovenLab https://boekhovenlab.com
- Department für Bioscience an der TUM School of Natural Sciences https://www.bio.nat.tum.de/bio/start/
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