Prof. Dr. Michael Famulok

Forschungsschwerpunkte: Ribozym- und Aptamer-Forschung, in vitro Selektion und in vitro Evolution von kombinatorischen Nukleinsäurebibliotheken (SELEX-Technik), DNA-Nanotechnologie
Michael Famulok entwickelt chemische Methoden und Werkzeuge, um biologische oder biomedizinische Mechanismen zu erforschen. Dadurch eröffnet er neue Möglichkeiten etwa für die Aufklärung von Proteinfunktionen, aber auch, um Proteine gezielt zu modifizieren. Auf diese Weise gelingt es ihm zum Beispiel, zelluläre Signalwege zu untersuchen, eine wichtige Grundlage für das Verständnis von Krankheitsmechanismen.
Eine der wesentlichen Entwicklungen von Michael Famulok war die sogenannte In vitro‐Selektion, ein Verfahren, mit dem künstlich Aptamere hergestellt werden können. Diese Nukleinsäuren (RNA‐ oder DNA‐Strang) sind in der Lage, an Proteine, Viren oder andere zelluläre Bestandteile zu binden. In hochdurchsatzfähigen Assays gelingt es über diese Bindungsfähigkeit, aus Billionen zufällig erzeugter Sequenzen solche mit bestimmten Eigenschaften herauszufiltern. Sie können zum Beispiel als biochemische Werkzeuge genutzt werden, die ähnlich wie Antikörper funktionieren und durch ihr Andocken bestimmte Vorgänge beeinflussen. Desgleichen kann die Methode genutzt werden, um auf der Suche nach Wirkstoffen Moleküle zu identifizieren, die ein spezifisches Profil wie vorgegebene Aptamere besitzen. Mithilfe solcher Moleküle können die Aufgaben einzelner Proteine in der Zelle aufgeklärt und Angriffspunkte für Therapeutika gefunden werden.
Ein aktuelles Forschungsgebiet von Famulok ist an der Grenze von synthetischer Biologie und supramolekularer Chemie angesiedelt. So befasst er sich aktuell mit den Möglichkeiten, Aptamere und andere auf der Hybridisierung von DNA-Strängen basierte supramolekulare Architekturen herzustellen und für die Nanotechnologie zu nutzen. Beispielsweise konnten ineinander verschränkte DNA-Strukturen wie Rotaxane und Catenane hergestellt werden, bei denen zwei Komponenten durch die sogenannte „mechanische Bindung“ so aneinander gekoppelt sind, dass eine freie Beweglichkeit innerhalb der Architektur gegeben ist, ohne dass beide Komponenten sich voneinander entfernen können. Derartige Strukturen bieten ideale Voraussetzungen für die Herstellung von Nanomaschinen, deren bewegliche Komponenten gezielt angesteuert werden können. Ziel dieser Forschungen ist die Entwicklung von Nanomaschinen, die sich aus DNA, DNA-Origamistrukturen, funktionalen Proteinen oder chemisch synthetisierten Komponenten zusammensetzen. Solche Bio-Hybrid-Nanoarchitekturen könnten vielseitig eingesetzt werden, etwa für die Durchführung logischer Operationen, als Nanomotoren oder als Container für den Transport entlang vorgegebener Transportwege oder auch für die mechanische Beeinflussung biologischer Vorgänge.