Forschungspartnerschaft mit China

Am 13. April eröffnete die Max-Planck-Gesellschaft in Peking zwei neue Max Planck Center und baut damit ihre Forschungspartnerschaft mit China weiter aus. Beide Kooperationen entstehen gemeinsam mit Einrichtungen der Chinese Academy of Sciences, die als wichtigste Partnerorganisation der Max-Planck-Gesellschaft in China gilt. Die Chinese Academy of Sciences arbeitet mit ihren mehr als 100 Instituten und der University of Chinese Academy of Sciences seit mehr als fünf Jahrzehnten eng mit der Max-Planck-Gesellschaft zusammen. Die beiden neuen Center sollen Forschung zu drängenden gesellschaftlichen Fragen voranbringen. Im Mittelpunkt stehen einerseits neue Wirkstoffe aus Mikroorganismen, andererseits die Folgen von Luftverschmutzung und Klimawandel. Mit der Synthetic Biology Infrastructure in Shenzhen und der Supercomputer-Infrastruktur des EarthLab in Peking erhalten Forschende der Max-Planck-Gesellschaft zudem Zugang zu besonderen Forschungsanlagen.

Ein Schwerpunkt liegt auf dem neuen MAC-Air-Center, dem Max Planck – Asia Center for unraveling the nexus of AIR pollution, extreme weather, and monsoon in a warming climate: pathways to global solutions. Hintergrund ist, dass sich die Umweltbedingungen in der Atmosphäre in China sehr schnell verändern und damit in besonderer Weise untersucht werden kann, wie sich die veränderte Zusammensetzung der Atmosphäre auf Luftqualität, Wetter und Klima auswirkt. Die Forschenden analysieren die Wechselwirkungen zwischen Aerosolen, Sonneneinstrahlung und Wolken. Ziel ist es, Grundlagen für wirksamere Maßnahmen gegen Luftverschmutzung und Klimawandel sowie für verlässlichere Vorhersagen von Extremwetter zu schaffen. An der Kooperation sind neben der Chinese Academy of Sciences und dem Max-Planck-Institut für Chemie auch das Indian Institute of Technology Madras, die Seoul National University, die Tsinghua University, die Nanjing University und die University of Helsinki beteiligt.

Für diese Arbeiten nutzen die Forschenden unter anderem atmosphärenchemische Messdaten des 325 Meter hohen Tall Tower Observatory in Peking. Ergänzend kommen Modellrechnungen mit der Supercomputer-Infrastruktur des EarthLab, der Earth System Science Numerical Simulator Facility, zum Einsatz. Auf diese Weise wollen sie die Mechanismen besser verstehen, über die Atmosphärenchemie Wetter und Klima beeinflusst, und darauf aufbauend Vorhersagen entwickeln. Neben der Rechenleistung stehen dafür auch umfangreiche atmosphärenchemische Datensätze der jüngeren Vergangenheit sowie KI-gestützte Modelle für meteorologische Vorhersagen zur Verfügung.

Yafang Cheng, Direktorin am Max-Planck-Institut für Chemie und gemeinsame Leiterin des Centers mit Hang Su vom Institute of Atmospheric Physics der Chinese Academy of Sciences, betont, dass die wissenschaftlichen Erkenntnisse auch für Europa und Deutschland unmittelbar bedeutsam sind. Sie verweist darauf, dass auch hier Überschwemmungen, Hitzewellen und andere Umweltschäden zunehmen. Die Forschung könne helfen, Vorhersagen, Anpassungsstrategien und Widerstandsfähigkeit zu verbessern. Langfristig soll das MAC-Air-Center dazu beitragen, die Belastung durch Feinstaub zu senken, Städte klimaresilienter zu machen und Frühwarnsysteme für Extremwetter weiterzuentwickeln.

Auch die Förderung junger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ist Teil des Konzepts. Gemeinsame Betreuung, Austauschprogramme und standortübergreifende Trainings sollen dem wissenschaftlichen Nachwuchs ermöglichen, mit unterschiedlichen Datensätzen, Methoden und Forschungsansätzen zu arbeiten.

Das zweite neue Zentrum ist das Max Planck Society–Chinese Academy of Sciences Center for Synthetic Biochemistry. Es soll das Potenzial von Naturstoffen aus Mikroorganismen für Medizin, Pflanzenschutz und weitere Anwendungen erschließen. Dazu bündelt es die Expertise des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie in Marburg und des Shenzhen Institutes of Advanced Technology der Chinese Academy of Sciences in Shenzhen.

Im Zentrum dieser Zusammenarbeit stehen grundlegende Fragen der synthetischen Biochemie. Untersucht wird, wie sich neue Herstellungswege für diese Substanzen finden lassen und wie sie kombiniert oder umprogrammiert werden können, um bislang unbekannte bioaktive Moleküle zu erzeugen. Das Max-Planck-Institut bringt dabei seine Erfahrung in der Herstellung mikrobiologischer Naturstoffe sowie in der Analyse und im Design von Stoffwechselwegen ein. Hinzu kommt Wissen darüber, wie sich mikrobielle Naturstoffe ohne Zellen herstellen lassen. Das Institute of Synthetic Biology ergänzt diese Kompetenzen mit automatisierten Laboren sowie daten- und KI-gestützten Methoden zur Identifizierung völlig neuer Biosynthesewege.

Die Kooperation eröffnet den Forschenden in Marburg außerdem Zugang zu modernen Technologien der synthetischen Biologie in Shenzhen, insbesondere zur Shenzhen Synthetic Biology Infrastructure. Diese zentrale Analyseeinheit ermöglicht es, sehr unterschiedliche Mikroorganismen auch unter sauerstofffreien Bedingungen zu kultivieren und mit modernen Mikroskopen sichtbar zu machen. Die erzeugten Zellzahlen lassen sich dabei von sehr kleinen Mengen bis hin zu Fermentern unterschiedlicher Größe rasch hochskalieren. Darüber hinaus umfasst die Plattform Verfahren, mit denen sich die Menge der von den Kulturen produzierten Stoffwechselprodukte online messen und offline auch die dreidimensionale Struktur der Moleküle untersuchen lässt. So entstehen standardisierte Daten, die in weiteren Anlagen der Shenzhen Synthetic Biology Infrastructure genutzt werden können.

Auch dieses Center schafft neue Möglichkeiten für die Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses, etwa durch gemeinsame Promotionsprojekte sowie Austausch- und Trainingsprogramme. Damit verbindet das neue Zentrum Grundlagenforschung, technologische Innovation und internationale Nachwuchsförderung eng miteinander. Helge Bode, Direktor am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie und gemeinsamer Leiter des Centers mit Chenli Liu vom Shenzhen Institute of Advanced Technology, erklärt, die Kombination der Expertisen und Methoden in Marburg und Shenzhen sei einmalig. Sie werde es ermöglichen, den Zugang zu mikrobiellen Naturstoffen und deren strukturelle Vielfalt deutlich zu erweitern und sogar nicht-natürliche Varianten zu erzeugen.

mpg.de/