Multizelluläre Dynamik und Evolution in dichten Populationen

• Antragsteller: Dr. Jona Kayser
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455449456

Evolution auf zellulärer Ebene ist eines der grundlegendsten Konzepte des Lebens. Gleichzeitig ist sie die Ursache für einige der größten Herausforderungen des modernen Gesundheitswesens, wie Onkogenese und die Entstehung von Resistenzen.Die meisten bisherigen Evolutionsexperimente wurden jedoch in verdünnten mikrobiellen Populationen oder zweidimensionalen Kolonien durchgeführt. Daher wissen wir wenig darüber, wie die immanenten mechanischen Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Zellen in dreidimensionalen Tumoren wichtige evolutionäre Kräfte wie natürliche Auslese und Gendrift beeinflussen.Um diese Erkenntnislücke zu schließen, schlage ich einen multidisziplinären Ansatz vor, der Konzepte aus Physik, Populationsgenetik und Krebsbiologie mit innovativen genetischen Werkzeugen und neuentwickelten zellulären Modellsystemen kombiniert, um die Untersuchung der Evolution in dichten Zellpopulationen zu revolutionieren. Anhand einer Reihe komplementärer mikrobieller und Krebszellexperimente werde ich untersuchen, (i) wie sich die kollektive multizelluläre Dynamik auf die genetische Vielfalt und die Evolution von Arzneimittelresistenz auswirkt, (ii) wie sich die kollektive Zellbewegung in 3D auf die Evolution und Therapieerfolg auswirkt und (iii) wie die mechanischen Eigenschaften von Zellen und ihre Suszeptibilität gegenüber äußeren Kräften natürliche Auslese und Gendrift in Tumoroiden verändert.Mit der Fertigstellung dieses Arbeitsprogramms wird ein neuer Konzeptionsrahmen geschaffen, der die zelluläre Evolution als ein emergentes Phänomen in aktiver granulärer Materie beschreibt und die Tür für zukünftige wissenschaftliche Ziele auf dem Gebiet der experimentellen Evolution öffnet. Schließlich wird die biomedizinische Anwendung der gewonnenen Erkenntnisse entscheidend dazu beitragen fortschreitende Tumorentwicklung und die Entstehung von Resistenzen besser zu verstehen. Das neu erlangte Wissen wird ein Sprungbrett für innovative evolutionsbasierte Behandlungsstrategien für eine verbesserte Krebstherapie bieten.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen