Nervenzelle

Ein wahres Wunder

Gene, Umwelt, Erkrankungen: Wie entsteht das menschliche Gehirn?

Spurensuche während der Schwangerschaft

Dr. Simone Mayer vom Hertie-Institut für Klinische Hirnforschung untersucht die Hirnentwicklung von Kindern im Mutterleib. Welche Rolle spielen Gene, welche die Umwelt? Und Wie helfen die Erkenntnisse bei der Therapie von Krankheiten weiter?

Umweltweinflüsse oder die Gene können die Hirnentwicklung eines Kindes im Mutterleib entscheidend beeinträchtigen. Aber wie funktioniert das genau? Dr. Simone Mayer, seit 2018 Forschungsgruppenleiterin Molekulare Hirnentwicklung am Hertie-Institut für klinische Hirnforschung (HIH), arbeitet exakt an dieser Frage. Was die Neurobiologin an ihrem Fach so fasziniert, welches, gefährliche Virus sie im Labor ziemlich beschäftigt hat (nicht Corona), und was Windeln mit der Karriere der 33-Jährigen zu tun haben, lesen Sie hier.   

Hertie-Stiftung: Was ist der genaue Schwerpunkt Ihrer Forschung?

Dr. Simone Mayer: Wir betreiben Grundlagenforschung zur Hirnentwicklung von Säugetieren, zu denen ja auch der Mensch gehört. Dabei geht es ganz grob um die Frage: Wie wird aus einer befruchteten Eizelle ein komplexer Organismus, und wie wird diese Komplexität im Hirn aufgebaut? Besonders interessiert mich dabei der Evolutionsaspekt: Wie kann es zum Beispiel sein, dass die Maus und der Mensch zu ungefähr 90 Prozent das gleiche Genom haben, aber unsere Gehirne so unterschiedlich sind? Deshalb wollen wir verstehen, was molekular und zellulär in der menschlichen Hirnentwicklung passiert mit einem Fokus auf die Entwicklung des Embryos und Fötus in der ersten Hälfte der Schwangerschaft einer Frau - und welche Relevanz das für die Entstehung verschiedener neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen haben kann. Am Ende ist das Ziel unserer Arbeit herauszufinden, ob die Hirnentwicklung immer stereotyp gleich verläuft, oder inwieweit Umweltweinflüsse oder genetische Defekte einen Einfluss haben.    

Bei der Untersuchung des Gehirns gibt es sowohl praktische als auch ethische Probleme

Wie muss man sich Ihre Forschung am Hirn eines Ungeborenen praktisch vorstellen?

Die Umsetzung ist nicht so einfach, deswegen ist zu dem Thema auch noch nicht so viel bekannt. Wissenschaftlich von Vorteil wäre es natürlich, wenn man menschliches Gewebe untersuchen könnte, das ist aber sehr schwer möglich, sowohl aus praktischer als auch ethischer Sicht. Deswegen greift man auf so genannte Hirnorganoide zurück, die mit Hilfe von Stammzellen gezüchtet werden, und mit denen man versucht, den Hirnentwicklungsprozess in der Petrischale nachzustellen. Die Modelle gibt es seit 2013. Sie sind nicht perfekt und befinden sich ständig in der Weiterentwicklung. Wir können in den Organoiden die Hirnentwicklung in der für uns wichtigen ersten Hälfte der Schwangerschaft rekapitulieren und haben in meiner Forschungsgruppe beschlossen, sie als Modellsystem zu nutzen.

Von Alkohol, Rauchen und Drogen weiß man es - gibt es Umwelteinflüsse auf die Hirnentwicklung von Ungeborenen, die Sie jüngst überrascht haben?

Das Zika-Virus ist ein Umwelteinfluss, der mich persönlich sehr beschäftigt hat. Als 2015/16 in Brasilien innerhalb weniger Monate Tausende Babys mit viel zu kleinen Köpfen und Gehirnen auf die Welt kamen, wusste zunächst niemand, was da molekular passiert war. Nur, dass die Mütter mit einem neuartigen Stamm des Zika-Virus infiziert worden waren. Ich war damals Postdoktorandin an der University of California in San Francisco und arbeitete in einem Labor, das unter anderem die zellulären Mechanismen hinter Gehirnmissbildungen untersuchte. Das war eine sehr heiße Phase, da Wissenschaftler verschiedenster Fachrichtungen die genaue Ursache der Fehlbildungen finden wollten, um schnell therapieren zu können. Man arbeitete mit Organoiden, Tiermodellen und auch mit embryonalem Gewebe. Schließlich konnten mehrere Forschergruppen zeigen, welche Zellen während der Entwicklung des Gehirns angegriffen werden und so dazu führen, dass das Gehirn nicht normal wächst.

Sie forschen auch auf dem Gebiet Trisomie 21, also dem Down-Syndrom. Welche neuen Erkenntnisse gibt es?

Beim Down-Syndrom handelt es sich ja fast um das Gegenteil von einem Virus, nämlich um eine genetische Erkrankung, die eigentlich sehr homogen, also gleichartig, verlaufen sollte. Aber man sieht trotzdem bei den Patienten, dass sie eine große Variabilität in ihren Fähigkeiten haben. Hierbei ist es interessant und wichtig für die Patientenfamilien herauszufinden, in wieweit Umweltfaktoren eine Rolle spielen könnten. Aber da sind wir noch am Anfang. Eine weitere Gruppe genetisch bedingter Gehirnentwicklungsstörung sind die sogenannten ponto-cerebellären Hypoplasien. Diese Erbkrankheiten sind wesentlich seltener als Trisomie 21, aber die Patienten sind schwerst erkrankt und erreichen sehr selten das Erwachsenenalter. Wo die Defekte in der Hirnentwicklung bei diesen Krankheiten liegen, erforsche ich in Kollaboration mit der Kinderklinik in Tübingen und einer sehr engagierten Elterninitiative (https://cruise4life.de/). Die Zusammenarbeit in dieser Konstellation mit Neurobiologen, Kinderärzten und Eltern finde ich extrem spannend und ertragreich.

Was fasziniert Sie so an Ihrem Forschungsgebiet?

Es ist die Komplexität des Gehirns, die mich fasziniert, wenn ich zum Beispiel zelluläre Strukturen unter dem Mikroskop sehe. Ich frage mich dann immer: Wie kann es sein, dass aus einer befruchteten Eizelle so ein komplexer Mechanismus wie ein erwachsener Mensch wird mit einem so komplexen Gehirn? Ein wahres Wunder!  

Mich fasziniert die Komplexität des Gehirns - ein wahres Wunder!

Sie waren als Postdoc im sonnigen San Francisco - was war Ihre Motivation nach Tübingen ans HIH zu kommen?

Ich wollte auf jeden Fall den nächsten Schritt machen, um meine eigenen Ideen zu verwirklichen. Deshalb suchte ich nach einer Möglichkeit, eine unabhängige Forschungsgruppe aufzubauen. Weil ich ohnehin zurück nach Europa wollte, und Tübingen ein Neuro Hot Spot ist, stand meine Wahl schnell fest. Mir war es zudem wichtig, zwischen Grundlagenwissenschaften und klinischer Forschung zu arbeiten, und dafür steht ja das HIH in einzigartiger Weise in Deutschland.

Und haben sich Ihre Erwartungen erfüllt?

Ja, die Arbeit als Forschungsgruppenleiterin macht mir viel Freude. Hinzu kommt der wissenschaftliche Austausch am Tübinger Neuro Campus, der sehr interessant ist. Dort haben sich über 100 Forschungsgruppen, die in den Neurowissenschaften aktiv sind, aus lokalen Institutionen zusammengeschlossen. Ich selbst habe mit Kollegen eine Initiative „The Developing Brain“ gegründet, und wir treffen uns nun etwa alle drei Monate, um uns in lockerer Atmosphäre zum Thema Hirnentwicklung auszutauschen. Das ist total spannend. Neulich hatten wir zum Beispiel einen Professor der Gynäkologie als Redner zu Gast, der berichtete, wie man die frühen Entwicklungsstörungen im Ultraschall entdecken kann. Ergänzend zum Forschungsschwerpunkt Neurodegeneration am HIH eröffnet mir dieser Austausch neue Perspektiven.   

Wie sieht Ihr Arbeitsalltag aus? Sitzen Sie auch im Labor?

Nein, im Labor arbeite ich selten. Ich habe mittlerweile vier Mitarbeiter und ziemlich viel mit dem Management und der Betreuung der Forschungsgruppe zu tun. Da geht es zum Beispiel darum, schnell eine Chemikalie zu besorgen, die am nächsten Tag gebraucht wird. Oder um die Sicherheit der Mitarbeiter, für die ich als Laborleiterin verantwortlich bin. Dann arbeite ich noch neue Forschungsprojekte aus und etabliere Kollaborationen. Hinzu kommen Vorträge, die ich auf Konferenzen halte, und eine regelmäßige Vorlesung an der Uni.  

Wie kommen Sie auf die besten Ideen für Ihre Forschung?

Ganz viel Inspiration bekomme ich durch den Austausch mit anderen Wissenschaftlern, deswegen bin ich auch traurig, dass so viele Konferenzen wegen der Corona-Krise abgesagt wurden. Meistens kehre ich von den Konferenzen so motiviert und mit so vielen Ideen zurück, dass ich gleich loslegen muss, diese umzusetzen. Ich bin immer daran interessiert, wie man Dinge miteinander verbinden kann, um für unser Forschungsgebiet etwas Größeres zu erreichen, und sich nicht im Kleinklein zu verlieren.

Ich bin immer daran interessiert, wie man Dinge miteinander verbinden kann, um für unser Forschungsgebiet etwas Größeres zu erreichen

Sie sind Neurobiologin, haben in Cambridge studiert. Haben Sie sich als Schülerin auch schon für Biologie interessiert?

Ja, auf jeden Fall! Ich habe schon in der 7. Klasse an Chemiewettbewerben teilgenommen und in meiner Freizeit im Keller meiner Eltern Experimente gemacht.

Was für welche?

Es ging zum Beispiel um Superabsorber. Man musste testen, wieviel Flüssigkeit diese Absorber in Babywindeln aufnehmen können und daraus Studien machen. Der Wettbewerb hieß „Chemie im Alltag“. Oder man hat Rotkohlsaft als pH-Indikator verwendet.

Schalten Sie in der Freizeit auch mal ab, oder fällt es Ihnen schwer?

Ich habe eine kleine Tochter, die ist ein gutes Jahr alt, und seitdem ist Abschalten kein Problem mehr für mich. Sobald ich zuhause bin, spiele ich mit der Kleinen oder mein Mann und ich kochen mit der Familie oder gehen auch mal schön essen. In solchen Momenten kann ich gut neue Energie für die Forschung tanken.

Das Interview führte Rena Beeg für die Gemeinnützige Hertie-Stiftung

Das hertie-institut für klinische hirnforschung

Das Hertie-Institut für klinische Hirnforschung (HIH) in Tübingen ist eines der bundesweit größten und modernsten Zentren zur Erforschung neurologischer Erkrankungen. Es wurde 2001 von der Gemeinnützigen Hertie-Stiftung, dem Land Baden-Württemberg, der Eberhard-Karls-Universität Tübingen, ihrer medizinischen Fakultät sowie dem Universitätsklinikum Tübingen gegründet und 2004 eröffnet. Die Fördermittel der Hertie-Stiftung betragen mehr als 50 Mio. Euro.

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