MPI begrüßt neue Lise-Meitner-Gruppenleiterin Katerina Naydenova
Neue Gruppenleiterin wird zelluläre Abwehrmechanismen untersuchen und neuartige Methoden im Bereich der Kryoelektronenmikroskopie entwickeln
Ab Januar 2026 wird Katerina Naydenova ihre unabhängige Max-Planck-Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie in Dortmund aufbauen. Ihre Gruppe wird untersuchen, wie Zellen mit Gefahren in ihrem Zytosol umgehen, und neue Methoden und Technologien im Bereich der Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) entwickeln, um die Visualisierung von Proteinkomplexen in ihrer natürlichen Umgebung zu verbessern. Katerina wurde für das Lise-Meitner-Exzellenzprogramm der Max-Planck-Gesellschaft (MPS) ausgewählt, das darauf abzielt, außergewöhnlich qualifizierte Wissenschaftlerinnen zu gewinnen und zu fördern. Ihre Lise-Meitner-Gruppe wird innerhalb des Instituts einen autonomen Status genießen und mit einem großzügigen Budget unterstützt werden.
Katerina absolvierte den Natural Science Tripos an der Universität Cambridge mit Schwerpunkt Physik. Während ihrer Promotion in der Gruppe von Chris Russo am renommierten MRC Laboratory of Molecular Biology (LMB) erforschte sie die physikalischen Grenzen der Bildgebung biologischer Moleküle mittels Kryo-EM und entwickelte Technologien zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit und Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten dieser Methode. Während dieser Zeit trug sie zur Entwicklung einer neuen Art verbesserter Vollgoldgitter und eines skalierbaren Gitterherstellungsverfahrens bei – eine Arbeit, für die sie 2020 mit dem Max-Perutz-Preis für herausragende Doktorandenforschung ausgezeichnet wurde. Als Postdoktorandin im Labor von Felix Randow, ebenfalls am MRC LMB, untersuchte sie die zellautonome Immunität – die Fähigkeit nicht spezialisierter, nicht immunologischer Zellen, sich gegen Krankheitserreger zu verteidigen.
Wir freuen uns sehr, Katerina als neue Gruppenleiterin am MPI begrüßen zu dürfen und wünschen ihr einen reibungslosen Start und viel Erfolg beim Aufbau ihres Forschungsteams.
Erfahrt mehr über Katerina und ihre Arbeit im folgenden Interview.
Katerina, worauf wirst du deinen Forschungsschwerpunkt legen und was hat dich dazu angetrieben?
Unsere Gruppe wird in zwei sich ergänzenden Richtungen arbeiten: Einerseits werden wir die grundlegenden molekularen Mechanismen aufdecken, mit denen Zellen Gefahren in ihrem Zytosol erkennen, signalisieren und beseitigen, und die strukturellen Grundlagen für diese Prozesse aufklären. Andererseits werden wir neue Technologien entwickeln, insbesondere im Bereich der Kryoelektronenmikroskopie, die es uns ermöglichen, Proteinkomplexe in Zellen mit hoher Auflösung sichtbar zu machen. Diese Methoden werden nicht nur unsere eigene Arbeit unterstützen, sondern auch die vieler anderer Molekular- und Zellbiologen.
Das Interesse am biologischen Projekt ergab sich ganz natürlich aus meiner früheren Arbeit als Postdoktorandin in der Gruppe von Felix Randow am MRC LMB in Cambridge, wo wir uns hauptsächlich damit befassten, wie Zellen ihr Zytosol gegen Bakterien und intrazelluläre Parasiten verteidigen. Im Laufe dieser Arbeit wurde uns allmählich klar, wie vielschichtig und komplex diese Abwehrmechanismen sind. Viele der beteiligten Signalwege gehen weit über den Kontext von Infektionen hinaus und können auch eine Rolle bei Neurodegeneration, Muskelerkrankungen und anderen Pathologien spielen. Die Prozesse, die wir untersuchen, lassen sich derzeit nicht im Reagenzglas nachbilden. Das zeigt uns, dass es hier einige gravierende Lücken in unserem Verständnis gibt.
Das Bedürfnis, neue Technologien zu entwickeln, resultiert ganz einfach aus der Enttäuschung, dass die existierenden Technologien nicht „gut genug” sind, um die biologischen Fragen, die uns interessieren, zu beantworten. Die Fähigkeit, eigenständig Instrumente zu bauen, geht auf meine Promotion und die Zusammenarbeit mit meinem großartigen Mentor Chris Russo am MRC LMB zurück. Er hat mich in die Welt der Elektronenmikroskopie und der Methodik‑Entwicklung eingeführt und dabei stets mutig neue Wege beschritten. Seitdem teile ich diese Einstellung. Können wir ein Experiment nicht erfolgreich durchführen, fragen wir uns: Wenn ein Experiment nicht funktioniert, fragen wir uns: Liegt die Grenze in der fundamentalen Physik, die das unmöglich macht, oder stoßen wir auf ein praktisches Hindernis, das wir überwinden können? Neue Technologien helfen, praktische Grenzen zu überwinden – sie müssen jedoch erst erfunden und entwickelt werden, sie können nicht einfach gekauft werden. Ich genieße es, dass unsere neu entwickelten Methoden und Technologien nicht nur für uns, sondern auch für viele andere Forschende von Nutzen sind und deren Studien vorantreiben.
Du bist ausgebildete Physikerin. Was hat dich dazu bewogen, „die Seiten zu wechseln“?
Ja, das stimmt, meine Ausbildung in Physik geht tatsächlich auf meine Schulzeit in Bulgarien zurück, wo ich das Glück hatte, einen außergewöhnlich engagierten Lehrer zu haben. Es gab viele außerschulische Kurse und Sommercamps und uns wurde wirklich fortgeschrittene Physik gelehrt - und das völlig kostenlos. Es stellte sich heraus, dass ich ziemlich gut in Mathematik und Physik war. Das fand ich gut. Ich hatte das Gefühl, die Wissenschaft bietet unendliche Möglichkeiten, die Welt um uns herum zu verstehen. Ich nahm an internationalen Physikwettbewerben teil, was mir den Zugang zu Weltklasse-Universitäten ermöglichte; schließlich landete ich an der Universität Cambridge, um Natural Sciences zu studieren. Allerdings gibt es im Cambridge-Lehrplan eine kleine Besonderheit: Dort wird kein Physikkurs angeboten - Physik wird als Teilgebiet der Naturwissenschaften behandelt.
Im ersten Jahr an der Uni belegte ich also Kurse in Biologie, Chemie, Physik und Mathematik, und diese ganzheitliche Sichtweise hat mir sehr gefallen - ich interessierte mich für so ziemlich alles. Besonders reizte mich die biologische Forschung. Ich hatte das Gefühl, dies sei der direkteste Weg zur Entwicklung von realisierbaren Ideen zur Verbesserung der menschlichen Gesundheit und des Wohlbefindens. Der Zusammenhang zwischen Forschung und deren Auswirkungen auf unser tägliches Leben schien mir hier am offensichtlichsten. Im Grunde wollte ich einfach etwas „Sinnvolles” tun, weil ich von der immer abstrakter werdenden theoretischen Physik in den fortgeschrittenen Kursen wohl desillusioniert war. Ich war skeptisch, was das Ganze eigentlich bringen sollte.
Ich begann mit der Suche nach einem Sommerpraktikum und mich bei einigen Biologielabors zu bewerben. So kam der Kontakt mit Chris Russo vom MRC LMB zustande, der später mein Doktorvater wurde. Es war einfach perfekt: Chris, der auch einen Hintergrund in Physik und Ingenieurwesen hatte, lag mit mir vom ersten Tag auf einer Wellenlänge. Ich verbrachte sieben Jahre in seiner Gruppe (Bachelor, Master, Promotion und ein kurzer Postdoc). Wir arbeiteten zwar an der Technologieentwicklung, aber das in einem biologischen Institut. Es standen also immer biologische Fragestellungen im Raum und ich habe die Diskussionen darüber mit den KollegInnen total genossen.
Ich glaube nicht, dass ich über Nacht „die Seiten gewechselt“ habe, es war vielmehr ein langsamer Übergang. Dennoch ist der „mathematische“ Teil meines Gehirns ziemlich aktiv und das ist sehr hilfreich, wenn man biologische Fragen eher quantitativ angehen muss. Ich liebe die Arbeit in der Biologie, weil ich glaube, dass unsere Forschung für die Menschen nützlich und wirkungsvoll ist. Meiner Meinung nach ist die Biologie viel unvorhersehbarer als die Physik - die Komplexität biologischer Fragestellungen und all die Überraschungen, die die Biologie ständig bereithält, verblüffen mich bis heute.
Während meines Postdocs arbeitete ich mit Felix Randow zusammen, einem Immunologen und Mikrobiologen. Er ist ein Vollblutbiologie mit einer erstaunlichen Intuition und einer außergewöhnlichen Kreativität. Es hat wirklich Spaß gemacht, mit ihm zusammenzuarbeiten und zu versuchen, neue Denkweisen zu erlernen. Ich mit meinem pragmatischen Verstand werde wohl immer ein bisschen anders sein - Physikerin und Biologin in einer Person.
Warum hast du dich entschieden, deine Gruppe am MPI Dortmund zu gründen?
Die Technologieentwicklung ist langsam und teuer; sie erfordert eine stetige, langfristige Finanzierung sowie Engagement. Die Max-Planck-Gesellschaft hat eine lange Tradition, diese Art von „langsamer” Wissenschaft mit langfristigen Zielen durch die Direktorenposten zu unterstützen. Erst seit kurzem wird mit Programmen wie dem Lise-Meitner-Exzellenzprogramm, durch das unsere Gruppe finanziert wird, diese Art der stetigen Unterstützung auch NachwuchsforscherInnen angeboten - weshalb ich mich beworben habe. Außerdem hatte ich fast 10 Jahre am MRC und brauchte einfach einen Tapetenwechsel (obwohl es ein fantastischer Arbeitsplatz war). Ich hoffe, dass die neue Umgebung sowie die KollegInnen uns bei der Entwicklung innovativer Ideen helfen können. Gefühlt, hat dieser Prozess bereits eingesetzt.
Das MPI in Dortmund schien mir der ideale Ort zu sein, um eine Gruppe zu gründen, nicht nur wegen der erstklassigen wissenschaftlichen Einrichtungen (Lichtmikroskopie, Elektronenmikroskopie, Massenspektrometrie und Biophysik sind für unsere Arbeit besonders wichtig), sondern auch, weil es eines der wenigen biologischen Forschungsinstitute ist, das über eine eigene Werkstatt für mechanische Instrumente verfügt und weiterhin in deren Ausstattung und Modernisierung investiert. Der Zugang zu den Geräten und auch zum Fachwissen des technischen Personals ist für den Erfolg unserer Technologieentwicklungsarbeit entscheidend. Ich verfolgte bereits lange die Arbeiten von Sebastian Tacke, Direktor Stefan Raunser und des verstorbenen Direktors Philippe Bastiaens sowie deren Abteilungen und war daher überzeugt, dass hier ein exzellentes Umfeld existiert. Ich hoffe, dass wir gemeinsam in die Werkstatt und die berufliche Weiterentwicklung unserer dort tätigen Kollegen verbessern können.
Schließlich find ich persönlich, dass die Direktoren hier - Stefan Raunser und Andrea Musacchio – sowohl sehr zugänglich als auch fantastische Kollegen und Mentoren sind. Sie unterstützen unabhängige Gruppen sehr - ein relativ neues Konzept in der Max‑Planck‑Gesellschaft - und sind bestrebt, ein passendes Umfeld zu schaffen, in dem wir so effizient wie möglich arbeiten können.
Das gesamte Institut lebt eine offene Kultur: Alle Geräte sind für alle Abteilungen zugänglich, nichts ist hinter verschlossenen Türen. Diese Philosophie entspricht genau meiner Vorstellung davon, wie Wissenschaft gemeinsam betrieben werden sollte. Ich hoffe, dass wir viele spannende Projekte mit den Abteilungen und anderen Forschungsgruppen eingehen werden - ermöglicht einfach durch unser gemeinsames Interesse an molekularen Mechanismen im Kontext der Zellbiologie.
Du warst sehr erfolgreich bei der Entwicklung von Technologien zur Verbesserung der Fähigkeiten der Kryo-EM. Wo siehst du die Zukunft der Kryo-EM?
Die Kryo-EM ist heute schon hervorragend. Wir verstehen die Theorie sehr gut und wissen, dass die aktuelle Leistungsfähigkeit bei der Bestimmung von Proteinstrukturen praktisch das theoretisch maximal mögliche erreicht hat. Dennoch gibt es noch Grenzen, die wir weiter verschieben können. Beispielsweise könnte die Durchführung von Kryo‑EM bei noch tieferen Temperaturen („mehr Kryo“) die Auflösung kleinerer Proteine oder Domänen ermöglichen, die heute noch nicht abbildbar sind. Niedrigere Temperaturen würden zudem präzisere chemische Informationen liefern, weil Strahlenschäden – das größte Problem der Methode – reduziert würden.
Ein weiteres ungelöstes Problem ist eher rechnerischer Natur: Wie stellen wir flexible Proteine dar, die nicht durch eine Reihe statischer Atompositionen beschrieben werden können?
Schließlich sind die meisten Proteine aufgrund ihrer Funktionsweise von Natur aus flexibel. Kryo-EM ist gut geeignet, diese Flexibilität zu erfassen. Aber wir müssen intensiv darüber nachdenken, wie wir die gewonnen Informationen extrahieren und darstellen können - derzeit befinden sich diese Methoden noch in den Kinderschuhen.
Die größten Beschränkungen zeigen sich, wenn wir versuchen, Proteine in ihrem nativen zellulären Kontext zu untersuchen – dort wo sie letztendlich am interessantesten und relevantesten sind. Die Realität sieht nach wie vor so aus, als sei dies wahnsinnig schwierig. Die erzielten Ergebnisse liegen unter dem theoretisch möglichen Optimum. Da liegt noch viel gewinnbringende Arbeit vor uns, vor allem bei der Verbesserung der Technologien und der Software. Strukturen, die vor einem Jahr noch unmöglich zu bestimmen waren, rücken mit der Verbesserung der Technologien allmählich in greifbare Nähe, und das ist wirklich spannend.
Da Kryo‑EM immer leistungsfähiger und populärer wird, denken wir schon länger darüber nach, wie man diese Technologie für alle Forschenden zugänglicher machen kann. Die Zukunft der Kryo-EM soll nicht nur besser, sondern auch kostengünstiger werden.
Wie entspannst du dich nach einem anstrengenden Arbeitstag?
Am besten kann ich meine Batterien an der Küste aufladen. Das ist hier in Dortmund natürlich nicht jeden Tag möglich, aber ich verbringe gern einen großen Teil meiner Ferien am Wasser. Außerdem lese ich obsessiv Sachbücher (vor allem in den Ferien). Ich liebe alles, was mit Natur, Forschung, Biografien von Forschenden, Wissenschaftsgeschichte, Tierphysiologie, Biodiversität, Naturschutz, Geologie, Evolution usw. zu tun hat. Ich habe wahrscheinlich jedes Buch über Polarexpeditionen gelesen, das es gibt. Auch wenn ich nicht reise, denke ich gerne an Abenteuer.
Vor kurzem habe ich die Vogelbeobachtung für mich entdeckt; es zwingt dich, im Moment zu sein und die Natur, Geräusche, Pflanzen und Tiere wahrzunehmen, die wir im Alltag oft übersehen.
Der Umzug nach Dortmund und der Aufbau des neuen Labors haben meine täglichen Routinen stark durcheinandergebracht. Ich freue mich darauf, sobald es etwas ruhiger wird, neue Aktivitäten aufzunehmen. Ich möchte mehr Sport treiben (Yoga und Pilates gefallen mir) und mehr Kunst in mein Leben bringen. Ich liebe auch „Do-It-Yourself „-Projekte, aber derzeit fließt meine ganze DIY-Energie in das Labor und das zusammenschrauben von Möbeln für meine neue Wohnung. Hoffentlich finde ich in Zukunft Zeit für größere, kreativere Projekte.