Eigentlich würde Peter Meister gerne in Bern leben – aber seine Frau und Kinder sind in der Region Basel verwurzelt. Deshalb pendelt der Professor viermal pro Woche aus Baselland mit dem Zug an die Universität Bern. Als Basler bezeichnet er sich trotzdem nicht – sondern als «Elsässer». Denn aufgewachsen ist er im französischen St. Louis, einem Dorf direkt neben der Grenze zu Basel. In seiner Jugend war er oft mit dem Feldstecher in den Sumpfgebieten nahe dem Rhein unterwegs und beobachtete Vögel. Als es um die Studienwahl ging, schwankte er zwischen Ökologie und Zellbiologie. Schliesslich entschied er sich für die ihn faszinierende Laborarbeit und damit für Zell- und Molekularbiologie. 

Nach dem Studium war er als Doktorand in Paris und als Postdoktorand am Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research in Basel tätig. Von dort wechselte er 2011 an die Universität Bern – mit einer Assistenzprofessur des Schweizerischen Nationalfonds konnte er sich seinen nächsten Wirkungsort aussuchen. «Ich entschied mich für Bern, weil das Departement für Biologie einen hervorragenden Ruf hat. Und weil man mir die Möglichkeit gab, einen neuen Forschungsbereich aufzubauen», sagt Meister. So gründete er das «Cell Fate and Nuclear Organization Laboratory». Heute leitet er dieses als assoziierter Professor, mit einem zehnköpfigen Forschungsteam.  

Die Struktur entscheidet mit 

Cell Fate and Nuclear Organization – was hat es damit auf sich? Mit dem «Zellschicksal» ist gemeint, wie sich eine Zelle in ihrer Entwicklung spezialisiert – etwa zu einer Hautzelle oder Nervenzelle. Und die nukleare Organisation betrifft den Zellkern (Nucleus), in dem sich unter anderem unser Erbgut befindet. Meister widmet seine Forschung vor allem der Frage: Wie ist es möglich, dass der etwa zwei Meter lange DNA-Strang Platz findet im Zellkern, wenn dessen Durchmesser nur einen Zehntel einer Haaresbreite beträgt? «Das ist, wie wenn ein Seil, das von Zürich bis Genf reicht, in einem Basketball verstaut werden müsste», vergleicht es Meister.

«Das ist, wie wenn ein Seil, das von Zürich bis Genf reicht, in einem Basketball verstaut werden müsste.»

Peter Meister

Was beim Basketball unvorstellbar scheint, klappt in jeder Zelle – sofern die Zwei-Meter-DNA in Schleifen gefaltet, aufgewickelt und damit komprimiert wird. Das geschieht nicht nur, wenn neue Zellen entstehen, sondern andauernd. «Unser Erbgut ist sehr dynamisch. Die DNA wird ununterbrochen neu strukturiert», sagt Meister. Denn die dreidimensionale Anordnung sei ausschlaggebend dafür, welche Genabschnitte nebeneinander liegen. Und dies bestimme mit, welche Gene gerade ein- oder ausgeschaltet sind und damit, welche Proteine hergestellt werden und welche Funktion eine Zelle hat – also ob sie etwa eine Muskel-, Haut- oder Nervenzelle ist. «Seit vier Jahren ist das menschliche Genom vollständig aufgeschlüsselt – wir wissen sozusagen, wie das Seil genau zusammengesetzt ist. Aber ebenso wichtig ist, wie das Seil aufgewickelt ist. Und da sind noch nicht alle Fragen geklärt», sagt Meister. 

Der Fadenwurm als Modell 

Weltweit arbeitet rund ein Dutzend Forschungsgruppen daran, zu klären, wie die ständige Neuordnung im Zellkern abläuft. Peter Meister und sein Team untersuchen diese Prozesse anhand eines biologischen Modellorganismus – des Fadenwurms Caenorhabditis elegans, kurz C. elegans. In seiner natürlichen Umwelt ist der etwa einen Millimeter lange Wurm vor allem im Boden zu finden, ernährt sich dort von Bakterien und trägt zum Abbau von organischem Material bei. In der biologischen Forschung war der Wurm mit seinen knapp 1’000 Zellen das erste Tier, dessen Genom und Nervensystem komplett aufgeschlüsselt wurden. Diese Aufschlüsselung ermöglichte Erkenntnisse darüber, wie sich Zellen im Laufe der Entwicklung ausdifferenzieren, wann sie sich teilen und wie sie kontrolliert sterben. 

Als Modellorganismus für die Biologie eignet sich der Wurm aus verschiedenen Gründen, wie Meister erklärt: «Einerseits laufen bei ihm viele grundlegende biologische Prozesse nach denselben Prinzipien ab wie beim Menschen. Andererseits lässt sich sein Erbgut im Labor vergleichsweise einfach gezielt verändern. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Wurm durchsichtig ist und man per Mikroskop direkt in den Zellkern schauen kann. Und im Gegensatz zu Zellkulturen können wir mit dem Wurm nicht nur eine einzige Zellart, sondern einen ganzen Organismus mit verschiedenen Zellarten beobachten. Dies erlaubt realistischere Aussagen darüber, wie sich genetische Veränderungen auswirken.»  

Im Labor von Meister an der Universität Bern leben Millionen solcher Würmer – in Petrischalen, wo sie sich wie in der freien Natur von Bakterien ernähren. Dank dem Wurm haben Meister und sein Team in den letzten Jahren wichtige Beiträge in ihrem Forschungsfeld leisten können. So konnten sie zeigen, dass im Fadenwurm vor allem der Proteinkomplex Condensin I für die Genomfaltung im Zellkern zuständig ist. Dies im Gegensatz zu Säugertieren, wo hauptsächlich der Proteinkomplex Cohesin diese Aufgabe übernimmt. Auf der Grundlage dieser Erkenntnis kann nun vergleichend untersucht werden, nach welchen Gesetzmässigkeiten die Genomfaltung geschieht.

Auch das Verhalten zählt 

Möglich wird diese Forschung vor allem durch neue technologische Möglichkeiten. Mikroskope kommen zwar immer noch zum Einsatz, vor allem aber auch Hightechgeräte zur Bestimmung des Genoms. Meister gelang es in den letzten Jahren, mit Projektanträgen bei verschiedenen Förderstellen eine hervorragende Infrastruktur für seine Forschung aufbauen zu können. Gleichzeitig tragen er und sein Team massgeblich dazu bei, neue Methoden zur Aufklärung der 3D-Genomik zu entwickeln – und stellen diese Forschenden weltweit zur Verfügung.  

Zu den Besonderheiten seines Teams gehört, dass es nicht nur die Struktur des Zellkerns beim Fadenwurm untersucht, sondern den ganzen Organismus im Blick hat. Gemeinsam mit Forschenden der Universität Fribourg untersucht Meister, wie sich Veränderungen in der Genomfaltung auf das Verhalten der Würmer auswirkt, wie er mithilfe eines Videos veranschaulicht. Darin sind zwei Petrischalen zu sehen. In der linken Schale bewegen sich die Würmer normal – zielstrebig auf der Suche nach Bakterien. In der rechten Schale fehlt den Würmern aufgrund einer gezielten genetischen Veränderung ein Proteinkomplex, der eine Rolle bei der Genomfaltung spielt. Die Folge: Die Würmer bewegen sich langsam, drehen sich bisweilen nur im Kreis – eine Verhaltensauffälligkeit. Wie sich zeigt, sind vor allem die Nervenzellen des Wurms von der veränderten Genomfaltung beeinflusst worden und funktionieren nicht mehr richtig.

Fadenwürmer ohne genetische Veränderung bewegen sich normal. © Peter Meister

Fadenwürmer mit gezielter genetischer Veränderung bewegen sich langsam und mitunter im Kreis. © Peter Meister

Ähnliches geschieht auch bei der seltenen menschlichen Krankheit namens Cornelia-de-Lange-Syndrom. Diese wird durch eine Mutation im Cohesin-Proteinkomplex verursacht. Die Folge sind Fehlbildungen in zahlreichen Organen und eine eingeschränkte kognitive Entwicklung. Inwiefern die Struktur und Faltung des Genoms auch bei anderen Krankheiten mitspielt, ist eine offene Frage. Meister ist allerdings zurückhaltend, was die baldige medizinische Anwendung seiner Forschung anbelangt: «Wir machen ergebnisoffene Grundlagenforschung. Die Anwendungen werden sich von selbst ergeben, wenn wir genug über die Genomfaltung wissen.» Das Fernziel sei allerdings schon, so viel in Erfahrung zu bringen, dass sich aufgrund der Genomfaltung vorhersagen lässt, welche Gene in einer bestimmten DNA-Struktur aktiviert sind. Das liesse sich etwa nutzen, um Gentherapien zu entwickeln oder in der synthetischen Biologie künstliche DNA herzustellen.  

Die Zukunft der Lehre 

Während Meister im beruflichen Alltag von Würmern umgeben ist, greift er in der Freizeit immer noch gerne zum Feldstecher, um Vögel zu beobachten. Nach dem Arbeitstag in Bern gönnt er sich bisweilen einen Schwumm in der Aare. Überhaupt ist Wasser sein Element. So ist der 49-Jährige auch Tauchlehrer – und geniesst in den Ferien etwa die Fischvielfalt im Roten Meer.  

Als Dozent an der Universität Bern erhielt er 2023 eine Auszeichnung für gute Lehre. Konkret für eine zweitägige Veranstaltung, die sein Labor jährlich in Kandersteg durchführt. Dort geht es nicht nur um Forschung, sondern es gibt auch Zeit, um über Fragen zur beruflichen Zukunft der Nachwuchsforschenden zu diskutieren. Die Lehre sei ein zentraler Teil seiner Tätigkeit, sagt Meister. Ohne zu verschweigen, dass sich dabei grosse Fragen stellen: «Was ist in Zukunft noch der Mehrwert von uns Lehrenden an einer Uni im Vergleich zu Künstlicher Intelligenz? Braucht es uns überhaupt noch?» Darauf gelte es Antworten zu finden. Klar ist: Im Zellkern des Fadenwurms gibt es noch viel zu erforschen. «Wir sind nicht mehr so weit davon entfernt, die Mechanismen der Genomfaltung bis ins Detail zu verstehen. Zu klären, welche Auswirkungen dies auf Lebewesen hat, das wird noch etwas dauern», sagt Meister. Er hat also noch einige Zugfahrten zwischen Basel und Bern vor sich.