Prof. Dr. Marileen Dogterom

Forschungsschwerpunkte: Biophysik, Zellstrukturen, Zytoskelett, biomechanische Kräfte, synthetische Zelle

Marileen Dogterom ist eine niederländische Biophysikerin, deren Forschungsschwerpunkt auf der Selbstorganisation und den mechanischen Eigenschaften des Zytoskeletts liegt. Ihr Ziel ist es, die physikalischen Prinzipien, die der inneren Organisation von Zellen zugrunde liegen, auch quantitativ zu verstehen, und dieses Wissen für das langfristige Ziel des bottom-up-Aufbaus synthetischer Zellen zu nutzen.

Ein besonderer Fokus ihrer Arbeiten liegt auf den Mikrotubuli, dynamischen Proteinfilamenten, die als Teil des Zytoskeletts essenzielle Funktionen bei der Zellteilung und der Formgebung sowie beim intrazellulären Transport übernehmen. Während die Organisation des mitotischen Spindelapparats, der bei der Zellteilung die Chromosomen gleichmäßig auf die Tochterzellen verteilt, gut beschrieben ist, sind die molekularen Mechanismen, die zur Ausbildung stabiler Mikrotubuli führen, bislang nur lückenhaft verstanden. Genau hier setzt Marileen Dogteroms Forschung an.

Bereits in den 1990er Jahren entwickelte sie in vitro-Modelle, mit denen sich die Polymerisation von Mikrotubuli unter definierten Bedingungen beobachten ließ. Durch die Kombination von hochauflösender Fluoreszenzmikroskopie, physikalischer Modellierung und Kraftmessungen mittels optischer Pinzetten konnte sie die mechanischen Eigenschaften wachsender Mikrotubuli präzise quantifizieren. Dabei zeigte sich, dass Mikrotubuli nicht nur als strukturelle Elemente fungieren, sondern auch als mechanosensorische Komponenten: Sie erzeugen Rückstoßkräfte an Zellgrenzen, beeinflussen die Ausrichtung ihres eigenen Wachstums und tragen so entscheidend zur Selbstorganisation des Zytoskeletts bei.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Rekonstruktion zellulärer Strukturen aus definierten molekularen Bausteinen. Ihrer Arbeitsgruppe gelang es, in künstlichen Kompartimenten auf kleinstem Raum mitotische Spindeln nachzubilden. Diese sogenannten Rekonstitutionsexperimente lieferten neue Einsichten darüber, wie die Geometrie des Zellraums die Selbstorganisation dynamischer Mikrotubuli-Strukturen beeinflusst. Sie bilden zugleich die Grundlage für die aktuellen Arbeiten von Marileen Dogterom an minimalen Systemen zur DNA-Segregation in synthetischen Zellen, also zur gezielten Verteilung genetischen Materials auf künstlich erzeugte Tochtereinheiten.

Darüber hinaus erforscht ihr Team das Zusammenspiel von Mikrotubuli mit Aktinfilamenten, einem weiteren zentralen Bestandteil des Zytoskeletts, der unter anderem an Zellbewegung, -form und 
-teilung beteiligt ist. Ihr besonderes Interesse gilt der Topologie und Dynamik zellulärer Netzwerke sowie deren struktureller Organisation, etwa in Epithelzellen, Neuronen oder während der Embryonalentwicklung. Ein spezieller Fokus liegt auf der Zellpolarität und der Frage, wie sie durch zytoskelettäre Prozesse, auch unter minimalen Bedingungen, entsteht.

Seit einigen Jahren engagiert sich die Biophysikerin im niederländischen Konsortium BaSyC (Building a Synthetic Cell) für die Entwicklung künstlicher Zellen, die grundlegende biologische Funktionen wie Zellteilung, DNA-Replikation, Energiehaushalt und Informationsverarbeitung nachbilden. Im Mittelpunkt stehen dabei lichtkontrollierbare Systeme zur DNA-Segregation, die auf Komponenten des Zytoskeletts beruhen. Diese Arbeiten eröffnen nicht nur neue Perspektiven für materialwissenschaftliche Anwendungen, sondern liefern auch tiefgreifende Einsichten in die physikalischen Grundlagen lebender Systeme.

Marileen Dogterom kombiniert in ihrer Forschung einen experimentellen Ansatz mit theoretischen Modellen aus der statistischen Physik und der Systembiologie. Ihre Arbeiten an der Schnittstelle von Physik, Biologie und Nanotechnologie haben wesentlich zum heutigen Verständnis der Frage beigetragen, wie mechanische Kräfte zelluläre Prozesse regulieren und Zellen ihre innere Architektur dynamisch anpassen.