Constantin Pape forscht seit 2022 als Juniorprofessor an der Universität Göttingen an Methoden zur Bildverarbeitung in der Biologie und Medizin. Er setzt künstliche Intelligenz (KI) ein, um Zellen, Gewebe, Organe und ganze Organismen mit Fluoreszenz- und Elektronenmikroskopie zu analysieren. Mit seiner neuen Gruppe am MPI-NAT wird Pape seine Arbeiten um die molekulare Ebene erweitern und eine Brücke zwischen der Universität Göttingen und dem Institut schlagen.
„Wir werden am MPI erforschen, wie sich komplexe Mess-Signale in bildgebenden Verfahren besser sichtbar machen und auswerten lassen, um Proteine und Proteinkomplexe in lebenden Zellen genauer zu untersuchen. Dazu nutzen wir maschinelles Lernen, um schwache Signale in der zellulären Umgebung zuverlässig zu identifizieren und innerhalb von dynamischen Prozessen zu analysieren“, erklärt Pape. Proteine steuern nahezu alle biologischen Prozesse in unserem Körper: Sie bewegen unsere Muskeln, leiten Signale weiter, transportieren Sauerstoff oder wehren Krankheitserreger ab. Proteinkomplexe sind als molekulare Maschinen an vielen Prozessen der Zelle beteiligt, beispielsweise beim Ablesen der Gene, bei der Produktion von Proteinen oder beim Frachttransport. Mithilfe von maschinellem Lernen will Pape mit seinem Team die dreidimensionale Struktur, Bewegung und Wechselwirkungen von Proteinen und Proteinkomplexen besser sichtbar und quantitativ auswertbar machen.
Konkret wird seine Gruppe KI-Methoden einsetzen, um Daten von Kryo-Elektronenmikroskopie-Experimenten sowie Daten neuester Mikroskopieverfahren mit molekularer Auflösung wie MINFLUX und MINSTED zuverlässiger zu analysieren. Für die Entwicklung superauflösender Fluoreszenz-Mikroskopie wurde Max-Planck-Direktor Stefan Hell 2014 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.
Die von Papes Team gewonnen Erkenntnisse sollen moderne Proteinmodelle, wie zum Beispiel AlphaFold, verbessern. Das Proteinmodell AlphaFold, Grundlage des Nobelpreises für Chemie 2024, sagt Proteinstrukturen mit hoher Präzision hervor. Es beruht auf statischen Daten und bildet somit nicht die Dynamik biomolekuarer Prozesse ab. Pape hofft, durch die Integration seiner Methoden einen Beitrag zu dynamischen Proteinmodellen zu leisten und somit eine umfassendere Analyse von Proteinkomplexen und Abläufen zu ermöglichen.
Stärkung des Göttingen Campus
„Wir sind dankbar, dass wir mit der äußerst großzügigen Unterstützung der AKB Stiftung Constantin Pape als Forschungsgruppenleiter für unser Institut gewinnen konnten“, sagt Hell. „Der Ausbau seiner Gruppe erweitert die bestehende Expertise im Bereich der Bildgebung und künstlichen Intelligenz am Göttingen Campus. Zugleich eröffnet die Berufung neue Perspektiven für die Grundlagenforschung und translationale Anwendungen. Die Zusammenarbeit zwischen unserem Max-Planck-Institut und der Universität wird so nachhaltig gestärkt.“
Papes geplante Arbeit an der Schnittstelle von Künstlicher Intelligenz und biomedizinischer Bildgebung passe genau ins Profil der AKB Stiftung, betont Felix Büchting, Mitglied im Vorstand. „Wir freuen uns sehr, die Einrichtung der Brückenarbeitsgruppe von Herrn Pape zu ermöglichen. Mit unserem Förderschwerpunkt Wissenschaft und Forschung, insbesondere im naturwissenschaftlich-technischen Bereich, und unserer regionalen Ausrichtung auf Südniedersachsen verwenden wir jedes Jahr einen relevanten Anteil unserer Stiftungsmittel für Wissenschaftsprojekte in der Region. Die Arbeitsgruppe von Herrn Pape wird die Göttinger Expertise im Bereich bildgebender Verfahren innovativ ergänzen und damit auch einen wichtigen Beitrag zur Life-Science-Region Göttingen leisten.“
