Takashi Ishikawa untersucht mit seiner Gruppe Zellen, die sich mit Flimmerhärchen, den sogenannten Flagellen, fortbewegen. Mit Hilfe der Elektronentomographie können die ETH-Forscher ein 3D-Bild der Struktur der Flagellen-Proteine herstellen. «Damit ist es erstmals möglich, einzelne Proteine in ihrer Komplexität zu sehen und zu untersuchen“, sagt Takashi Ishikawa. Ausgelöst wird die Bewegung durch sogenannte Motorproteine. Diese untersucht seine Kollegin Yoko Toyoshima, Professorin an der Universität Tokyo mit ihrer Gruppe. «Während es in der Schweiz eine lange Tradition in der Strukturbiologie gibt, forscht man in Japan seit langem an Motorproteinen. Durch unsere Zusammenarbeit können wir beide Forschungsgebiete sinnvoll ergänzen und vorantreiben», betont Ishikawa.

Japanisch-schweizerische Kooperation

Möglich gemacht hat dies das Japanisch-Schweizerische Kooperationsprogramm für Medizinalforschung, das vom Staatssekretariat für Bildung und Forschung (SBF) zusammen mit dem japanischen Amt für Wissenschaft und Technologie (JST) ins Leben gerufen wurde. Die ETH Zürich koordiniert das Programm für die Schweiz. Pro Jahr werden vier bis fünf Forschungsprojekte mit insgesamt 300.000 Franken für den Zeitraum 2008 bis 2011 ausgelobt. Die Schweiz und Japan steuern jeweils die Hälfte der Fördersumme bei. Jedes ausgewählte Projekt wird mit 50.000 Franken pro Jahr unterstützt. Bis zum 16. November können sich interessierte Forscherinnen und Forschern mit ihren Projekten für eine zweite Runde von drei Jahren bewerben.

Medizinale Grundlagenforschung

Das Projekt von Takashi Ishikawa wurde aus 30 Bewerbungen ausgewählt. «Wir stehen am Anfang unserer Forschung, da wir erst im April 2009 begonnen haben», sagt Ishikawa. Ziel der dreijährigen Zusammenarbeit ist es, mit Hilfe der dreidimensionalen Struktur die molekularen Mechanismen von Flagellen herauszufinden, die als Auslöser für diverse Krankheiten in Frage kommen. Ein Beispiel dafür ist die Ursache der Unfruchtbarkeit. Dies kann auf eine Fehlfunktion des Bewegungsapparates der Spermien zurückzuführen sein. Auch in der Luftröhre verrichten kleinste Härchen durch ihre Bewegungen ihre Arbeit. Sie reinigen die Luft bevor sie in die Lunge kommt. Funktionieren sie nicht richtig, so steigt das Risiko einer Atemwegserkrankung. Für die Bewegung der Härchen ist das Motorprotein Dynein verantwortlich. Es setzt chemische Energie in Bewegungsenergie um.

Erkenntnisse für Nanoroboter

Neben dem medizinischen Ansatz geht es bei dieser Grundlagenforschung darum zu verstehen, wie sich Zellen mit Hilfe der Flagellen genau fortbewegen, wie genau die Schwanzbewegung gesteuert wird oder wie Flagellen geformt sind. Doch auch für ETH-Forscher, die schwimmende Nanoroboter entwickeln, sind diese Erkenntnisse von Interesse. «Auch diese Projekte können von unseren Erfahrungen über den Biegemechanismus der Flagellen profitieren», sagt ETH-Forscher Takashi Ishikawa. Neben dem Forschungsaustausch sind gegenseitige Besuche und die Präsentation der Ergebnisse auf internationalen Symposien Teil des Programms.

Modellorganismen aus Japan

Insgesamt bestehen Flagellen aus rund 300 verschiedenen Proteinen mit unterschiedlichen Funktionen. Um die biologischen Prozesse zu verstehen, untersuchen die Wissenschaftler diese an einem Modellorganismus. Die untersuchten Zellen haben eine Grösse zwischen 24 und 96 Nanometer. Ein Nanometer ist ungefähr 70.000 Mal dünner als ein menschliches Haar.

Um einzelne Proteine gezielt zu beeinflussen, wird der Modellorganismus mutiert. Diese Art der gezielten Mutation an Motorproteinen in Flagellen ist sehr komplex. Auch hier können die Kollegen von der Universität Tokyo helfen: Sie können die notwendigen mutierten Modellorganismen der ETH-Gruppe zur Verfügung stellen.

Bilaterale Programme

An der ETH Zürich koordiniert die Stelle für Internationale Institutionelle Angelegenheiten (IIA) eine Vielzahl von Bilateralen Programmen. Neben Stipendien für den Austausch von Forschern gibt es Programme für gemeinsame Forschungsprojekte, den Studierendenaustausch oder die institutionelle Zusammenarbeit. In der Regel werden Forschungsprojekte aller Fachbereiche gefördert. Einige Programme haben jedoch einen spezifischen Schwerpunkt.