Einige der besten Wissenschaftler der Welt trafen sich am 15. Mai in Barcelona und hatten eine verrückte Idee auf dem Tisch: jede Lebewesenart Zelle für Zelle zu untersuchen, um einen Atlas zu erstellen, der die Entwicklung des Lebens auf der Erde und den Ursprung beleuchten kann von Phänomenen wie menschlichem Denken und Krankheiten. Die scheinbar unvorstellbare und verrückte Idee entstand im Kopf von Arnau Sebé Pedrós, einem Biologen, der vor 37 Jahren in der Stadt La Fuliola in Lleida geboren wurde. Er studiert Zellen, aber seine wahre Leidenschaft ist die Ornithologie. Er lebt es mit Besessenheit. Reisen Sie an exotische Orte und versuchen Sie, absolut jede Vogelart zu sehen, auch wenn Sie eine Woche damit verbringen müssen, einen unscheinbaren braunen Vogel zu jagen. Dieser umfassende Ehrgeiz könnte seine Entschlossenheit erklären, das zu schaffen, was er „den Zellulären Atlas der Biodiversität“ nannte.
Sebé Pedrós arbeitet im Zentrum für Genomregulierung am Strand Somorrostro in Barcelona, einem Ort, der bis 1966 von Barackensiedlungen bewohnt war und heute ein halbes Dutzend hochmoderne wissenschaftliche Institute beherbergt. Die Praxis des Biologen ist klein und schlicht. Drei Quallen, genannt Gary, Gerry j KirscheSie bewegen sich in einem runden Aquarium auf und ab. Der Forscher sitzt vor ihnen und verkündet, dass sein Projekt kein unerreichbarer Traum mehr sei. Die vom Mitbegründer von Intel und seiner Frau im kalifornischen Palo Alto gegründete Gordon and Betty Moore Foundation hat gerade 3,6 Millionen Euro zum Start der Initiative beigetragen.
Sebé Pedrós sorgte bereits im September für weltweite Schlagzeilen. Sein Team analysierte Zelle für Zelle die vier bekannten Arten von Placozoen, seltsamen Tierwesen in Form winziger Pfannkuchen. Es handelt sich um nur einen Millimeter große Meeresorganismen mit jeweils etwa 50.000 Zellen, die sich vor 800 Millionen Jahren von der menschlichen Gruppe trennten. Die sorgfältige Arbeit von Sebé Pedrós und seinen Kollegen hat ergeben, dass diese winzigen Wesen, denen ein Gehirn oder ein anderes Organ fehlt, etwas Ähnliches wie Neuronen besitzen, die Zellen, die für das Denken verantwortlich sind.
Der Biologe argumentiert, dass der Zellatlas der Artenvielfalt eine Vielzahl von Geheimnissen der Natur enthüllen würde. „Wir müssen auf unerwartete Erkenntnisse vorbereitet sein. Wir haben Placozoen nicht untersucht, um die Entwicklung von Neuronen und des Nervensystems zu verstehen. Diese naturalistische Motivation gefällt mir am besten. „Wir sind Entdecker“, sagt er.
Jedes Lebewesen verfügt über eine exklusive DNA, die in jeder seiner Zellen vorhanden ist. Beim Menschen ist die DNA wie ein Klavier mit 20.000 Tasten: Gene. Alle Zellen haben das gleiche Klavier, aber jede von ihnen spielt eine andere Melodie, weshalb einige Neuronen im Gehirn und andere Teil des Muskels oder Fetts im Fettpölsterchen sind. Sebé Pedrós gibt ein Beispiel. Vor ein paar Jahren erstellte seine Gruppe den ersten Zell-für-Zell-Atlas der Blumenkohlkoralle, eines Organismus, der in den flachen Gewässern des Indischen Ozeans und des Pazifiks Riffe bildet. Die Analyse ergab 40 verschiedene Zelltypen. Einer von ihnen, der dafür verantwortlich ist, sich am Felsen festzuhalten, berührt ständig eine Taste, die die Produktion einer antimikrobiellen Verbindung aktiviert, als ob er die Umgebung reinigen wollte. Der Korallenzellatlas brachte eine neue Substanz mit antibiotischem Potenzial ans Licht, die aufgrund der Bedrohung durch Superbakterien, die gegen alle bekannten Medikamente resistent sind, weltweit in Alarmbereitschaft ist. “Es war eine Überraschung. „Das Potenzial, neue Gene mit neuen Funktionen zu finden, ist sehr hoch“, freut sich Sebé Pedrós.
Das Treffen am 15. Mai in Barcelona war ein Erfolg. Es nahmen die Leiter der wichtigsten internationalen Konsortien teil, darunter der amerikanische Biologe Harris Lewin, Koordinator des Earth BioGenome Project, dessen Ziel es ist, die DNA aller Tier-, Pflanzen-, Pilz- und Protistenarten zu lesen. Beteiligt waren auch der belgische Bioingenieur Stein Aerts, Förderer des Fly Cell Atlas, und der britische Forscher Mark Blaxter, der im Rahmen von Darwins Tree of Life-Projekt 70.000 Arten im Vereinigten Königreich untersucht. Per Videokonferenz sprachen die Verantwortlichen des Human Cell Atlas, der Israeli Aviv Regev und die Deutsche Sarah Teichmann.
Die 3,6 Millionen Euro der Moore Foundation sollen dazu verwendet werden, die „Phase 0“ des Projekts zu starten, erklärt Sebé Pedrós. Der Biologe und seine Kollegen werden in Zusammenarbeit mit Irene Papatheodorou vom European Bioinformatics Institute in der englischen Stadt Hinxton die Methoden zur Analyse jeder Art verfeinern und die Infrastruktur der monumentalen Datenbank vorbereiten. „Wir wollen ein Zuhause für alle Daten haben, die wir in großem Maßstab produzieren werden“, sagt Sebé Pedrós.
„Es gibt viele Leute auf der Welt, die daran arbeiten, aber wir sind sehr unkoordiniert. Wenn Sie auf die Ergebnisse einer Art zugreifen möchten, herrscht absolutes Chaos. Es gibt keinerlei Standards. Es gibt auch keine koordinierten Bemühungen, um zu sehen, wer was tut. „Es ist der Wilde Westen“, sagt der Biologe, der gerade einen Artikel in einer führenden wissenschaftlichen Zeitschrift fertigstellt, um der Welt seine Initiative bekannt zu machen. „Ich kenne viele Leute, die viele Experimente durchgeführt haben, die nicht funktioniert haben und Tausende und Abertausende von Euro verschwendet haben, aber es gibt keine Kultur, in der man seine Methoden veröffentlicht und alles erklärt, was bei einem nicht funktioniert hat. Der nächste, der es versucht, muss das Rad neu erfinden. Wir wollen das Feld öffnen und sicherstellen, dass niemand seine Zaubertricks für sich behält“, sagt Sebé Pedrós. Es ist das erste Mal, dass ein wissenschaftliches Konsortium dieser Größenordnung von Spanien aus ins Leben gerufen wird.
In Phase 0 des Projekts werden acht Arten untersucht, die bereits zuvor Zelle für Zelle analysiert wurden, um die Protokolle zu testen. Sie werden die Fruchtfliege sein, der Wurm Caenorhabditis elegansein Ringelwurm (die Gruppe der Würmer), eine Pflanze der Gattung Marchantia, eine Anemone, ein Pilz, eine Braunalge und möglicherweise ein Seeigel oder Seestern. „Wir wollen schwer zu handhabende Organismen mit harten Wänden untersuchen, um ein halbes Dutzend Zell-für-Zell-Analysemethoden zu testen“, sagt Sebé Pedrós. Gängige Techniken bestehen darin, ein Individuum in Stücke zu brechen und mithilfe von Gewalt, Schallwellen oder Enzymen eine Suspension einzelner Zellen zu erhalten. Als nächstes untersuchen wir, welche Tasten des DNA-Klaviers jede Zelle spielt. „Wir wollen eine universalisierbare Methode erhalten“, betont der Biologe.
Das Projekt wird der Wissenschaft eine neue Welt eröffnen. „Zellatlanten geben nicht nur Aufschluss über die Biologie des Organismus, den Sie analysieren. Man kann auch ihre Interaktionen untersuchen: Wer sonst noch in ihren Zellen ist und in welchen genau“, erklärt Sebé Pedrós. Sein Team hat Mikroalgenblüten im Ozean untersucht, die mit riesigen Viren in Verbindung stehen, die die Zellmaschinerie kapern. Wissenschaftler können analysieren, in welcher Art von Zellen sich die Eindringlinge befinden und wie sie die Klaviertasten an sich reißen.
Der Biologe stellt sich bereits Phase 1 des Projekts vor. „Wir könnten mit etwa 100 Arten beginnen, die den gesamten Lebensbaum abdecken. „Wir werden noch einmal 10 bis 15 Millionen Euro brauchen“, rechnet er vor. „Das Ideal wäre, Organismen zu untersuchen, die sich auf beiden Seiten der großen Übergänge befinden, etwa das Auftreten vielzelliger Lebewesen und den Ursprung des Nervensystems“, fügt er hinzu.
Sebé Pedrós wuchs unter den für die Trockengebiete von Lleida typischen Steppenvögeln auf. Er hat Expeditionen auf der Suche nach Vögeln durch Nordafrika, die Türkei, Thailand, Chile und Israel unternommen und dabei mehr als 2.000 Arten beobachtet. Kürzlich sah er einen Rauhfußkauz, eine der wenigen Arten, die er in Spanien noch sehen konnte. Im östlichen Dschungel Australiens traf er auf den mythischen Kasuar, einen bis zu zwei Meter großen Vogel, der Menschen töten kann. In seinem kleinen Büro in Barcelona gibt es keine Dekoration, nur eine Zeichnung eines Tapaculo – eines braunen Vogels aus Chile – und eine Postkarte mit dem Gesicht von Charles Darwin, dem Vater der Evolutionstheorie durch natürliche Auslese. „Was uns interessiert, ist die Untersuchung der Evolution von Zelltypen“, sagt er. „Aber zuerst müssen wir viele komplexe und langweilige technische Fragen lösen.“
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