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Deutscher Forschender in den USA: Alumnus Dr. Arthur Neuberger

01.04.2023

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert das Forschungsvorhaben des Alumnus Dr. Neuberger. Gemeinsam mit der DFG blickt er auf seinen Werdegang, Alltag und die spannenden Themen, mit denen er sich als Forscher beschäftigt.

Dr. Arthur Neuberger (Quelle: Ilya Burkov Photography)

DFG: Lieber Herr Dr. Neuberger, herzlichen Dank, dass Sie sich die Zeit für ein Gespräch mit dem Nordamerika-Büro der DFG nehmen. In Ihrem Lebenslauf ist als Geburtsort Kharkiv in der Ukraine vermerkt, Ihre Gymnasialzeit haben Sie aber in Würzburg verbracht. Möchten Sie uns ein wenig an Ihrem Werdegang vor der Promotion teilhaben lassen?

Arthur Neuberger (AN): Sehr gerne. Es ist mir eine Freude, ein paar Seiten in meinem Lebenslauf zurückzublättern, aber ich möchte mich erst einmal bei der DFG für das Stipendium bedanken, das mir hier in New York einen sehr ertragreichen Forschungsaufenthalt ermöglicht. Ich wurde 1986 in der Ukraine als einziges Kind zweier Musiker geboren und wir konnten 1991 aufgrund einer Bestimmung nach Deutschland ausreisen, nach der Menschen mit deutschen Wurzeln die Übersiedlung nach Deutschland gestattet wurde. Wir waren ohne deutsche Sprachkenntnisse, mit zwei Koffern in der Hand und den seinerzeit üblichen 100 DM Begrüßungsgeld pro Person erst in einer Sammelunterkunft untergebracht worden, bis es uns dann über familiäre Kontakte nach Würzburg verschlagen hatte. Ich war zu diesem Zeitpunkt vier Jahre alt – kann mich also kaum erinnern. So wurde es schließlich Würzburg, wo wir eine kleine Wohnung in der Stadtmitte bezogen hatten und uns vermutlich dadurch auch rasch integrieren konnten.

DFG: Mit Blick auf Ihre schulischen Leistungen scheint Ihnen die Integration nicht schwer gefallen zu sein, oder?

AN: Da dürfte eine Kombination aus günstigen Voraussetzungen und einer ordentlichen Portion Disziplin einen Teil der Erklärung ausmachen, wenngleich ohne Kontrollgruppe keine verlässlichen Aussagen zu machen sind. Aber nehmen Sie zum Beispiel meine Mutter. Sie ist Klavierlehrerin der traditionell sowjetischen Schule. Würde sie nach dem richtigen Mischungsverhältnis für Erfolg gefragt, würde sie wahrscheinlich antworten 10 % Talent und 120 % Arbeit.

DFG: Sie haben sich gleich nach dem Abitur an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) in einen Diplomstudiengang Biologie eingeschrieben und nach zwei Jahren Studium noch parallel ein Bachelor-Studium in BWL und VWL begonnen. Was waren die Beweggründe?

AN: Das habe ich mich dann während des Studiums auch gefragt, weil so ein Doppelstudium eigentlich gar nicht vorgesehen ist und es selbst an einem Standort wie Würzburg viel Fahrerei und Koordination erfordert, um das alles unter einen Hut zu bekommen. Der Hut war mein diffuser Plan, irgendetwas in der pharmazeutischen Industrie machen zu wollen. Das erklärt natürlich nicht mein Interesse für die Biologie. Ohne jetzt ins Schwärmen verfallen zu wollen, aber können Sie sich ein spannenderes Feld vorstellen, als eines, das uns ermöglicht, die Grundlagen des Lebens zu erlernen sowie Techniken, um unser Wissen hier zu erweitern? Hinter jeder vorläufig beantworteten Frage tauchen gleich wieder neue, noch spannendere Frage auf, und wenn man – so wie ich – sehr neugierig ist, dann ist ein Gebiet wie Biologie gerade richtig, auch weil es andere Disziplinen wie Chemie oder Physik umfasst. In mein Studium der Ökonomie hatte ich dann noch ein Jahr eines Begleitstudiums an der JMU eingestreut und mich mit Fragen des europäischen Rechts befasst.

Für einen Biologen ist es wohl ebenso faszinierend, einem Juristen bei der Schaffung von Rechtswirklichkeiten über die Schulter zu blicken, wie es für einen Juristen spannend sein dürfte, einen Biologen bei der Aufklärung von Zellstrukturen zu beobachten. Das eine ist dogmatisch oder wenigstens apodiktisch, das andere beschreibend und in den Beschreibungen laufend Änderungen unterworfen. Einen dritten Blickwinkel auf das Menschsein – also weder aus irgendeiner biologischen Einsicht determiniert, noch durch rechtliche Normierung oktroyiert – bietet einem die Ökonomie. Sie gibt als mögliche Schlüssel zum Verständnis zwischenmenschlichen Verhaltens plausible und gelegentlich sehr unterhaltsame Modelle.

DFG: Sie sind der ökonomischen Spur dann nach Cambridge in England gefolgt und haben Biologie erstmal warten lassen. Was war dafür der Grund und wie sieht ein Studium in England verglichen mit einem Studium in Deutschland aus?

AN: Der Master of Philosophy in Management Science and Operations an der Cambridge Judge Business School und am St. Edmund’s College war eigentlich „nur“ der logische Abschluss meines in Würzburg erworbenen Bachelor in Business Management and Economics. Dafür musste dann meine eigentliche Leidenschaft, nämlich die für Biologie, ein Jahr warten, um dann aber mit einem Promotionsstudium in Biochemie und Pharmakologie, ebenfalls an der University of Cambridge, in einer wissenschaftlichen Karriere zu münden. Nun zu den Unterschieden zwischen Würzburg und Cambridge.

In England haben einige Universitäten ein Collegesystem, im Falle von Cambridge gibt es 31 Colleges. Die von den Stiftern zur Erfüllung bestimmter Zwecke gegründeten Colleges sind die eigentlichen sozialen Zentren der Universität, jedes einzelne mit einer eigenen Bibliothek, Unterkunft, einer Kapelle, einem Tutor-System zur individuellen Betreuung der Studierenden und einer eigenen Dining Hall ausgestattet. Da entstehen sehr enge soziale Beziehungen und die Bereitschaft gegenseitiger Hilfe, und natürlich hat jedes College auch seinen eigenen Achter, also ein Ruderboot, das im Wettbewerb zu den Booten der anderen Colleges fährt. Es ist allerdings nicht der berühmte und mit Modellathleten der Maße 2 Meter mal 90 Kilogramm bestückte Cambridge-Achter, der einmal im Jahr gegen das Boot von Oxford ein weithin beachtetes Rennen bestreitet, sondern ein von engagierten Amateuren wie du und ich geruderter Achter. Klar möchte man gewinnen, sonst wäre es kein Wettbewerb, aber es geht vor allem um die Erfahrung etwas zu leisten, was man für sich alleine nie hinbekommen würde.

DFG: Haben Sie in Cambridge denn im Achter gesessen?

AN: Ehrensache, klar, aber nicht im Cambridge-Achter, für den ich als Steuermann zu schwer wäre und als Ruderer viel zu klein, sondern im Achter des Jesus College Boat Club, also an meinem College. Über den Jesus College Boat Club habe ich auch 2014 meine Freundin, mittlerweile Ehefrau Isabel kennengelernt. Die Atmosphäre an den Colleges hat schon was von Harry Potter, wozu auch die formelle Bekleidung, die „gown“ beiträgt. Diese „verändert“ sich über die Jahre und wird mit wachsender Seniorität länger. Die Colleges können dagegen – abgesehen von sportlichen Rivalitäten – sehr gut miteinander und wenn Sie an einem College in Cambridge sind, dann nehmen sich manche Studierende als Ziel, in den Dining Halls aller anderen 30 Colleges zum Dinner eingeladen worden zu sein. Das schafft Netzwerke, denn ohne Einladung hat man nur sehr selten die Möglichkeit zu einem Formal Dinner an ein anderes College zu gehen, und Frühstück oder Lunch zählen nicht. Im Laufe meiner etwas über fünf Jahre in Cambridge habe ich es dann auch tatsächlich geschafft Dinner-Einladungen zu allen anderen 30 Colleges zu bekommen.

DFG: Wie haben Sie sich für das Jesus College entscheiden?

AN: Auf der einen Seite betrachten sich die Colleges trotz ihrer zahlreichen Wettbewerbe in unterschiedlichen Bereichen und deren Ergebnisse als egalitär und legen einen sehr großen Wert auf Fairness, auf der anderen Seite unterscheiden sich die Colleges unter anderem in ihrer Architektur, Größe, finanziellen Ressourcen und vielen anderen Aspekten, die allesamt auch oft von dem Alter des Colleges abhängen. Als Postgraduate Applicant bewirbt man sich in der Regel an zwei Colleges in Cambridge. Die Colleges wählen dann aus und wenn sich Gunst und Stunde treffen, landet man an dem College, das man in der Bewerbung auf Platz 1 gesetzt hatte. In meinem Fall war es das Jesus College.

DFG: Lassen Sie uns über Ihre derzeitige Forschung sprechen. Woran forschen Sie und wie sieht Ihr Arbeitsalltag derzeit aus?

AN: Ich wohne in der Upper East Side von Manhattan und nehme einen Shuttle zum Columbia University Irving Medical Center in den Washington Heights, also zur nordwestlichen Spitze der Insel. In meinem Labor verbringe ich den Tag mit dem Klonieren von Targets, mit deren Exprimierung und Aufreinigung, mit Struktur- und Funktionsanalysen, elektrophysiologischen Untersuchungen und dergleichen mehr, also klassischer Wet-Lab-Biologie. „Anschauen“ tun wir uns die zu untersuchenden Strukturen mittels Kryoelektronenmikroskopie (Kryo-EM), einer Technik, die in den vergangenen zehn Jahren die Strukturbiologie geradezu revolutioniert hat und die ich während meiner Promotion und anschließend während meines ersten PostDocs im Laboratory of Molecular Electron Microscopy (Walz lab) an Rockefeller besser habe kennenlernen dürfen. Wie der Name andeutet, werden in der Kryo-EM mehrere Tausend einzelner Bilder von, in meinem Fall, aufgereinigten Proteinpartikeln in einem eingefrorenen Zustand und in unterschiedlicher Orientierung gemacht. Computerprogramme helfen uns dann aus diesen Bildern von den Proteinpartikeln in unterschiedlichen Orientierungen eine dreidimensionale Molekularstruktur des Proteins zu erzeugen. In Kombination mit funktionalen Analysen des Proteins und manchmal auch durch Kollaboration mit Kollegen, die mithilfe von Computerprogrammen dynamische molekulare Modelle kalkulieren, versuchen wir zu verstehen, wie diese Proteine tatsächlich dann auf molekularer Ebene in der Zelle arbeiten.

Nun aber zum Gegenstand meiner derzeitigen Forschung: Ionenkanäle sind in sämtliche körperliche und geistige Aktivitäten involviert. Ich erforsche Ionenkanäle der transient receptor potential (TRP) vanilloid subfamily (TRPV). Diese Signalüberträger, von denen Säugetiere, zu denen wir Menschen ja auch gehören, 28 besitzen und die in sechs Familien unterteilt werden, sind polymodale sensorische Wandler, die auf vielfältige Umweltsignale reagieren, u.a. auf Chemikalien, Temperatur, mechanische Belastung und Membranpotentiale. Sie spielen damit für Vision, Geschmack, Riechvermögen, Hörvermögen, Tastsinn und Nozizeption eine fundamentale physiologische Rolle.
Ich bin vor allem an dem molekularen Mechanismus der Temperaturwahrnehmung interessiert. Unsere Fähigkeit, Temperatur zu spüren, ist schließlich auch für die Schmerzwahrnehmung unerlässlich und daher ein grundlegender Bestandteil unserer Interaktion mit der Welt. Obwohl bekannt ist, dass die Temperaturwahrnehmung von Säugetieren durch primäre afferente Neuronen vermittelt wird, blieb die Identität der molekularen Temperatursensoren lange rätselhaft, bis bestimmte Mitglieder der Überfamilie der transienten Rezeptorpotentialkanäle oder kurz TRPs als Thermorezeptoren, also Thermo-TRPs, etabliert wurden. TRP-Kanäle werden mit zahlreichen Erkrankungen des Menschen in Verbindung gebracht und sind daher auch als potenzielle Interventionsziele, insbesondere zur Schmerzkontrolle, interessant. Die derzeitige medizinische Kontrolle chronischer Schmerzen ist allerdings unbefriedigend, da Opioide zwar wirksame Schmerzmittel sind, aber zur Abhängigkeit führen können. Eine vielversprechende Strategie zur Vermeidung von Opioid-Nebenwirkungen besteht darin, auf den Ursprung des Schmerzwegs abzuzielen: die Rezeptoren, die Schmerzempfindungen erzeugen, zu denen TRP-Kanäle sowohl im zentralen als auch im peripheren Nervensystem gehören. Thermo-TRPs weisen im Vergleich zu nicht temperaturempfindlichen Ionenkanälen ungewöhnlich hohe Temperaturkoeffizientenwerte auf, die es ihnen ermöglichen, sich als Reaktion auf Temperaturänderungen innerhalb des physiologisch relevanten Bereichs zu öffnen und zu schließen. Thermo-TRPs sind von Natur aus polymodal und reagieren synergistisch auf unterschiedliche chemische Stimuli und Temperatur.

Es ist allerdings immer noch nicht bekannt, was der molekulare Mechanismus ist, der der Fähigkeit von wärmeempfindlichen Proteinen zugrunde liegt, Temperaturänderungen zu erfassen, insbesondere, welche Teile des Proteins wirklich als molekularer Temperatursensor dienen. Ziel meiner Forschung ist es, die molekularen Aktivierungs- und Regulationsmechanismen von temperatursensorischen TRP-Kanälen im Zusammenhang mit Temperatur- und Schmerzempfindung sowie ihre Rolle bei Krankheiten aufzudecken. Insbesondere möchte ich die molekularen Sensoren für die Temperatur in Thermo-TRPs identifizieren und den rätselhaften Mechanismus der Temperatur und der temperaturinduzierten Schmerzempfindung untersuchen.

DFG: Wenn man nun auch außerhalb der Säugetiere schaut, spricht Wikipedia von „mindestens neun Unterfamilien mit 28 oder mehr Kanälen“. Stehen wir da wirklich erst am Anfang?

AN: Jein, wir wissen auf der einen Seite schon sehr viel, entdecken aber – wie ich oben bereits erwähnte – hinter jeder Einsicht eine Vielzahl neuer Fragestellungen, was ja im Kern den überragenden Reiz von Wissenschaft ausmacht. Wir lösen durch Kryo-EM Kanalproteinstrukturen mittlerweile nahe dem atomaren Bereich auf, in einigen Fällen erreichen wir Auflösungen unter 2 Angström (10–10 Meter). Allerdings handelt es sich hier um Momentaufnahmen von eingefrorenen Proteinpartikeln. Und selbst, wenn wir das Protein in verschiedenen Zuständen auflösen, das heißt wenn die Kryo-EM Daten oder Momentaufnahmen eine solche Heterogenität gewährleisten und wir beispielsweise den Kanal in einem offenen und geschlossenen Zustand auflösen können, müssen wir uns trotzdem überlegen, was so zwischen den Zuständen passiert.

DFG: Ihre Promotion haben Sie in Cambridge an zwei Departments gemacht, dem Department of Biochemistry und dem Department of Pharmacology, und sprachen soeben von einem diffusen Plan, mal irgendetwas in der pharmazeutischen Industrie machen zu wollen. Was sind Ihre Pläne für die nähere und mittelfristige Zukunft?

AN: Neben strukturbiologischen Fragen wie der nach den Funktionen von TRP-Kanälen und deren nahen Verwandten wie Pumpen und Transportproteinen interessiere ich mich derzeit auch für eine ökonomische Fragestellung, die sich vereinfacht wie folgt formulieren lässt: Wie kann ein großes Unternehmen, also zum Beispiel ein Pharmazie-Riese, eine Kultur von Innovation aufbauen, die nachhaltiges Wachstum ermöglicht. Ein von George Akerlof in den 1970er Jahren als „lemon problem“ formuliertes Dilemma hierbei ergibt sich jedoch aus unterschiedlichen Wissensständen bei Kauf-Transaktionen zwischen Käufer und Anbieter. Ich kaufe beispielweise ein gebrauchtes Auto, von dem der Verkäufer eine deutlich größere Ahnung davon haben sollte, ob es sich um eine sog. „Zitrone“ handelt, ein Auto also, das nur aus Mängeln zu bestehen scheint. In der Pharmaindustrie – wie vermutlich in vielen anderen Industrien auch – macht man Innovation zum Teil selber „in house“, zum Teil kauft man sie aber ein, zum Beispiel über Start-Ups. Sie stehen für ein für den Käufer interessantes geistiges Eigentum. Nur wüsste ich als Käufer gerne vorher, ob es sich bei dem Start-Up um eine Zitrone handelt, ein Unternehmen oder noch konkreter ein Medikament in vorklinischer oder klinischer Entwicklung mit einem noch deutlich überschätzten Potenzial. Im Gebrauchtwagenhandel behilft man sich vielleicht mit Gewährleistungen, beim Kauf von geistigem Eigentum durch ein Unternehmen und hier vor allem bei der Preisfindung braucht es etwas anderes, Expertise zum Beispiel.

Eine andere Frage, der ich mich gewidmet habe, ist die nach den Erfolgschancen von Drug Repurposing, also der erfolgreichen Umnutzung von Medikamenten in einer alternativen medizinischen Indikation als der für das das Medikament ursprünglich entwickelt worden ist – wobei es sich meistens um Medikamente handelt, die in dem ursprünglichen Anwendungsbereich fehlgeschlagen sind. Eine solche Expertise zu liefern, also an der Schnittstelle von Strukturbiologie, Pharmazie und Ökonomie zu arbeiten, könnte ich mir für meine mittelfristige Zukunft durchaus vorstellen. Mit Erfolgsfaktoren in der Pharmaindustrie hatte ich es ja schon einmal an der Cambridge Judge Business School zu tun und auf der Metaebene wird das auch aus rein finanziellen Interessen beforscht. Ein praktisches Beispiel dafür ist der Risikokapitalgeber Donald Drakeman, ein promovierter Jurist und Theologe wohlgemerkt, und seine Strategien, möglichst wenig Zitronen zu kaufen. Zusammen mit Don Drakeman und Nektarios Oraiopoulos habe ich Datensätze klinischer Studien untersucht und versucht, daraus Erfolgsfaktoren zu identifizieren. Aber soweit möchte ich eigentlich noch gar nicht schauen. Zunächst gilt es für mich, die hier in New York erzielten Ergebnisse im Bereich der TRP-Kanalforschung möglichst gut zu publizieren und dann sehen wir weiter. Es geht mittelfristig ja nicht nur um meine Karriere, sondern auch um die meiner Frau Isabel. Sie ist Lecturer in Entrepreneurship an der Southampton Business School der University of Southampton, also Professorin in England. Sie ist zudem Associate Research Fellow am Cambridge Centre for Social Innovation, beides recht dicht an meinen Interessen an Ökonomie und internationalen bzw. supranationalen Strukturen. Schauen wir also mal.

DFG: Dann möchten wir Ihnen für Ihr derzeitiges Forschungsprojekt weiterhin gutes Gelingen wünschen, der deutschen Forschungs- und Innovationslandschaft, dass Ihr vielseitiges Talent möglichst auch in Deutschland Früchte trägt, und Ihnen und Ihrer Frau alles Gute für die Zukunft. Herzlichen Dank für das Gespräch.

 

Wir haben den Artikel von Deutschen Forschungsgemeinschaft  übernommen.

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