Im Rahmen des 74. International Astronautical Congress zeichnete die International Academy of Astronautics (IAA) am 1. Oktober den UZH-Luft- und -Raumfahrtmediziner Oliver Ullrich mit dem Academy Award für die Life Sciences aus. Die von den United Nations anerkannte International Academy for Astronautics (IAA) wurde 1960 in Stockholm in der Tradition der grossen klassischen wissenschaftlichen Akademien gegründet. Sie setzt sich aus Persönlichkeiten aus aktuell 83 Ländern zusammen, die sich in einem für die Erforschung des Weltraums grundlegenden Wissenschaftszweig besonders ausgezeichnet haben.
Oliver Ullrich wurde im Jahr 2012 zum Akademiemitglied auf Lebenszeit gewählt. Der Life Science Award der IAA gilt als weltweit höchste Auszeichnung, die im Bereich der Space Life Sciences verliehen wird. Mit Ullrich wird zum zweiten Mal ein Schweizer Forscher mit diesem Preis gewürdigt. Den Academy Award für Basic Sciences hatte 1992 Johannes Geiss erhalten – der Berner Physiker, der das allererste Experiment auf dem Mond auf der Apollo 11 durchführte.
«Wir hatten das grosse Vergnügen, in den letzten fünf Jahren mit Oliver Ullrich und seinem Team zusammenzuarbeiten. Diese Zusammenarbeit war wissenschaftlich äusserst produktiv – Oliver ist ein echter Pionier auf seinem Gebiet», beurteilt Howard G. Levine, Chief Scientist für die Nutzung der Internationalen Raumstation ISS der NASA den UZH-Forscher Oliver Ullrich. Dieser ist seit 2007 ordentlicher Professor am Anatomischen Institut an der UZH und Direktor des 2018 gegründeten UZH Space Hubs. Er gehört zu den Wegbereitern, die das Forschungsgebiet der Space Life Sciences mitaufgebaut und bekannt gemacht haben. Mit seinen Forschungsfragen, wie menschliche Zellen auf veränderte Schwerkraftbedingungen reagieren und sich anpassen, berührt er fundamentale Prinzipien des Lebens und trägt zur Risikoabschätzung der bemannten Raumfahrt bei. Die Auszeichnung löst bei Ullrich v.a. eines aus: «Ich empfinde tiefste Dankbarkeit gegenüber der Universität Zürich, dass sie für ihre Forschenden den benötigten Freiraum schafft, um neue und ungewöhnliche Forschungsgebiete erfolgreich angehen zu können.»
Inspiriert von Augusto Cogoli
Den Anstoss, um die Bedeutung der Schwerkraft auf Zell-Ebene zu erforschen, bildeten für Ullrich die Arbeiten des Schweizer Forschers Augusto Cogoli. Dieser konnte 1984 zeigen, dass isolierte Zellen auf unterschiedliche Schwerkraftumgebungen reagieren. Vor zwanzig Jahren begann Ullrich mit dem Aufbau eines Forschungskonzeptes, das er nach seiner Berufung an die Universität Zürich weiter ausbaute. Trotz einer Vielzahl von technisch einwandfrei durchgeführten Experimenten auf vielen Parabelflügen, Forschungsraketen und auf der Internationalen Raumstation war es aber nicht möglich, ein schlüssiges und robust belegtes Konzept für die Schwerkraftwirkung in menschlichen Zellen zu entwickeln. Was Ullrich damals noch nicht wusste: Er suchte im falschen Zeitfenster. Damals ging man davon aus, dass veränderte Schwerkraftwirkungen längere Zeit benötigten, um sich in der Zelle zu entfalten, und dass es dafür definierte Signalwege und Rezeptoren gebe. Die frühen Experimente brachten keinen Durchbruch, dafür aber die Erfahrung, um die hochkomplexen Anforderungen von biologischen Flugexperimenten immer besser zu meistern.
Durchbruch im Jahr 2015
Der Durchbruch gelang bei einem Experiment an Bord der ISS im Jahr 2015. Es handelte sich um eines der wenigen Experimente mit einer Echtzeit-Analytik an Bord der ISS, sodass die Schwerkrafteffekte unmittelbar verfolgt werden konnten. Die UZH-Forscher Oliver Ullrich und Cora Thiel stellten als erste fest, dass Schwerkraftänderungen von lebenden Zellen innerhalb Sekunden in eine biologische Reaktion umgesetzt werden und sich diese ebenso innerhalb von Sekunden an die neue Schwerkraftumgebung anpassen können. Diese Erkenntnis veränderte die Interpretation der bisherigen Datenlage fundamental. Ullrich und Thiel wurden aufgrund ihrer Entdeckung mit dem Albrecht-Ludwig-Berblinger-Preis der Deutschen Akademie für Flugmedizin ausgezeichnet, dem höchstdotierten Preis auf dem Gebiet der Luft- und Raumfahrtmedizin für den deutschsprachigen Raum.
Ganze Zelle reagiert auf Schwerkraft
Darauf gestützt und auf der Basis der sich rapide entwickelnden Omics-Technologie entwickelte Ullrich einen neuen Ansatz. Er verstand die gesamte Zelle – und nicht einzelne Moleküle – als Sensor und die einzelnen Moleküle als ausführende und nachgeordnete Strukturen eines auf Schwerkraftänderungen hochanpassungsfähigen Systems. Durch die Kombination unabhängiger Experimente auf Parabelfügen, Forschungsraketen und der Internationalen Raumstation gelang es Ullrich aufzuzeigen, dass Änderungen der Schwerkraft von der ganzen Zelle mechanisch wahrgenommen und in den Zellkern übertragen werden. Dies führt zu einer Änderung der räumlichen Position von Gengruppen, die wiederum die biologische Antwort steuern. Somit scheint die Reaktion auf Schwerkraftänderungen in der räumlichen Genstruktur codiert zu sein.
Verlängertes Space Act Agreement
Ullrichs Forschungsprojekte werden u.a. von der European Space Agency (ESA) gefördert. Daneben führt er Forschungsprojekte zusammen mit der NASA durch, mit der er über ein Space Act Agreement verbunden ist. Dieses wird am 1. Oktober – dem Tag der Preisverleihung – für weitere fünf Jahre verlängert. 2015 lancierte Ullrich die Schweizer Parabelflug Kampagnen, die nationalen und internationalen Forschenden am Militärflugplatz Dübendorf den Zugang zu Experimenten in veränderter Schwerkraft bieten. Ullrich ist zudem Mitgründer und Präsident der Swiss Skylab Foundation und hat zahlreiche Startups gegründet.
Zum Nutzen des Menschen
Aktuell konzentrieren sich Ullrich und sein Team auf die Anwendungen aus den in jahrzehntelanger Grundlagenforschung gewonnenen Einsichten: Oliver Ullrich entwickelte zusammen mit Cora Thiel eine Methode, in Schwerelosigkeit dreidimensionale transplantierbare Organgewebe aus adulten Stammzellen herzustellen. Auch die Erkenntnisse aus der Hyper-Gravitation sind relevant: Das Zentrifugieren von Zellen, eine Laborroutine, erfolgt unter enormen Gravitationskräften. Über deren Auswirkungen wird heute noch zu wenig nachgedacht. Für Ullrich stellt die Gravitationsumgebung nicht nur eine grundsätzliche fundamentale Frage für das Leben dar, er betrachtet sie auch als Werkzeug, um biologische und medizinische Prozesse grundsätzlich zu verbessern. Damit stehen seine Arbeiten im Einklang mit den Zielen der International Academy of Astronautics: «Shaping excellence in research and innovation for the benefit of humanity.»
Dieser Artikel wurde am 02. Oktober 2023 von UZH News veröffentlicht (© UZH News / Calista Fischer). Zum Originalartikel.
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