Die Unordnung des Lebens

Das mit dem Fahrrad ist der einzige Sport, den Ágnes Tóth-Petróczy neben ihrer Forschung hat: Im Anhänger die beiden jüngeren Kinder, die beiden Älteren fahren schon selbst – „ganz absichtlich habe ich mir kein E-Bike gekauft“, sagt sie, „das Radeln ist mein Workout!“ Durch Dresden geht es auf ihren Touren, manchmal entlang der Elbe. Die Chemikerin forscht am CASUS: dem Center for Advanced Systems Understanding (CASUS) des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR).

„Dass ich einmal Forscherin werden würde, hat meine Mutter schon geahnt, als ich noch ganz klein war“, sagt Ágnes Tóth-Petróczy. Ihre Neugier muss gewaltig gewesen sein, und am Anfang waren es die Sterne, die Astronomie, die sie anlockten – „aber dann wurde es schlimmer“, sagt sie lachend: Natur und Biologie, schließlich Moleküle und am Schluss Proteine. Ohne es zu wissen, näherte sie sich damit dem großen Thema an, das sie bis heute beschäftigt: Die Frage, wie Proteine an der Entstehung von Krankheiten beteiligt sind, treibt sie um, und von ihrem ursprünglichen Studienfach Chemie ist sie dafür immer weiter in angrenzende Disziplinen hineingeraten, in die Biochemie, die Bioinformatik und die klinische Genetik.

Als sie sich an der Universität in Budapest einschrieb, rund eine Stunde entfernt von ihrem Heimatort Esztergom, kam sie zur genau richtigen Zeit: Ein paar Jahre vorher, um das Jahr 2000 herum, erschienen die ersten wissenschaftlichen Paper, die sich mit sogenannten ungeordneten Proteinen („intrinsically disordered proteins“) beschäftigen. Eine der wegweisenden Arbeiten dazu stammte von Peter Tompa und später Monika Fuxreiter von ihrer Alma Mater. „Es gab vorher schon Hinweise auf diese ungeordneten Proteine, aber man schrieb ihnen keine Funktion zu“, erklärt Ágnes Tóth-Petróczy. Heute gelten sie als eine der spannendsten Entdeckungen der modernen Molekularbiologie – und es gibt zahlreiche Indizien dafür, dass sie an der Entstehung verschiedener Krankheiten von Krebs bis zu neurodegenerativen Erkrankungen beteiligt sind.

Die Bezeichnung als „ungeordnet“ ist oft irreführend: Diese Proteine sind nicht zufällig aufgebaut oder chaotisch angeordnet – im Gegenteil, ihr Bauplan ist ebenso eindeutig wie bei klassischen Proteinen. Der entscheidende Unterschied: Sie verfügen nicht über eine feste Struktur. Die strenge Systematik, nach der klassische Proteine aufgebaut sind, greift in ihrem Falle nicht – vermutlich auch deshalb hat die Forschung sie über Jahrzehnte für bestenfalls unbedeutend gehalten. Sie verändern sich ständig, und diese Veränderungen sind scheinbar Teil von komplexen molekularen Prozessen, die man noch nicht verstanden hat. In vielen Fällen ging man sogar davon aus, dass ein Fehler im Experiment vorliegen muss, als sie sichtbar wurden. Heute weiß man: Die ungeordneten Proteine machen rund 30 Prozent der menschlichen Proteine aus. Sie sind Bestandteile von Signalketten, sie beteiligen sich daran, die Genexpression zu regulieren, und dienen als molekulare Schalter. Ihre Funktionsweise detailliert zu entschlüsseln – das ist eine der großen Herausforderungen, denen sich Ágnes Tóth-Petróczy mit ihrem Team gestellt hat.

Als sie vor der Promotion stand, wechselte sie von Budapest nach Israel: Am dortigen Weizmann-Institut forschte Dan Tawfik, ein renommierter Experte für molekulare Evolution. „Ihm verdanke ich unheimlich viel“, sagt Tóth-Petróczy über ihren Mentor, der vor einigen Jahren bei einem Unfall ums Leben gekommen ist: „Unter anderem habe ich von ihm gelernt, den täglichen Prozess des Forschens zu genießen.“ In Israel lernte sie auch ihren späteren Mann kennen; er ist ebenfalls Chemiker und war aus Deutschland für einen Forschungsaufenthalt nach Israel gekommen. „Unsere Tochter ist dort auf die Welt gekommen“, sagt Ágnes Tóth-Petróczy – und bald darauf zog die junge Familie weiter in die USA an die Harvard Medical School.

Erst als Doktorandin und dann als Postdoc merkte die Forscherin, dass ihr ein bizarrer Zufall aus ihrer Budapester Zeit richtig hilft: An der Universität in Budapest waren die Röntgenkristallographie-Geräte kaputt, die eine der wichtigsten Möglichkeiten bieten, die 3-D-Struktur von Proteinen zu untersuchen – „und sie sind während meines ganzen Studiums kaputt geblieben!“ Ágnes Tóth-Petróczy schwenkte deshalb kurzerhand auf Computermodelle um, mit denen sie ihre Analysen vornahm. „Theoretische Chemie und Simulationen waren an der Universität eines der stärksten Felder, und ich habe dabei mein Faible für das Coden entdeckt“, sagt sie. Heute sei das Forschungsfeld spannender als jemals zuvor, weil die KI Fortschritte in ungeahntem Tempo ermögliche. Genau das ist die Spezialität von CASUS: In dem Zentrum werden Algorithmen und Modelle entwickelt, mit einem Fokus auch auf die KI.

Wenn Ágnes Tóth-Petróczy heute mit ihrem Fahrrad durch Dresden fährt, weiß sie, dass der Umzug aus den USA zurück nach Europa die richtige Entscheidung war. 2018 fiel sie, damals übernahm Tóth-Petróczy eine Max-Planck-Forschungsgruppe in Dresden. „Mein Mann und ich wollten beide zurück nach Europa, weil wir hier unsere Familien haben“, erinnert sie sich. Ihre eigene Familie wuchs in Dresden ebenfalls: Ihre drei Söhne kamen dort zur Welt – die Kinder, die jetzt mit ihr zusammen auf dem Rad durch Dresden unterwegs sind.

Und auch mit Blick auf die Forschung war es eine wegweisende Entscheidung. „Dresden ist das Zentrum für die Forschung an biomolekularen Kondensaten“, urteilt Ágnes Tóth-Petróczy. Das ist ein Forschungsgebiet, das mit den ungeordneten Proteinen eng verbunden ist: Die Proteine koordinieren den Aufbau von biomolekularen Kondensaten – kleinen Tröpfchen innerhalb der Zelle, in denen Proteine und andere Moleküle konzentriert sind. Diese Gebilde spielen eine große Rolle im komplexen molekularen Geschehen der Zelle. Von ihnen verspricht sich die Forschung die Möglichkeit, in die Entstehung von Krankheiten eingreifen zu können.

Ágnes Tóth-Petróczy ist damit wieder zurückgekommen an einen Punkt ganz am Anfang ihrer Karriere: Als sie vor dem Abitur stand, schwankte sie zwischen den Fächern Chemie und Medizin. Am CASUS in Dresden kann sie jetzt beides kombinieren.