Zwei neue Max Planck Center stärken die Forschungspartnerschaft mit China

Neue Kooperationen widmen sich den Wechselwirkungen von Luftverschmutzung, Extremwetter und Klima sowie der synthetischen Biochemie

Die Max-Planck-Gesellschaft baut ihre Zusammenarbeit mit China weiter aus: Am 13. April wurden in Peking zwei neue Max Planck Center offiziell eröffnet. Beide Kooperationen entstehen gemeinsam mit Einrichtungen der Chinese Academy of Sciences (CAS), der wichtigsten Partnerorganisation der Max-Planck-Gesellschaft in China. Mit ihren mehr als 100 Instituten und der University of Chinese Academy of Sciences arbeitet die CAS seit mehr als 50 Jahren eng mit der MPG zusammen. Die neuen Center sollen Forschung zu drängenden gesellschaftlichen Fragen voranbringen – von neuen Wirkstoffen aus Mikroorganismen bis zu den Folgen von Luftverschmutzung und Klimawandel. Mit der Synthetic Biology Infrastructure in Shenzhen und der Supercomputer-Infrastruktur des EarthLab in Peking erhalten Max-Planck-Forschende zudem Zugang zu weltweit einzigartigen Forschungsanlagen.

Luftverschmutzung, Extremwetter und Monsun gemeinsam untersuchen

Die Forschenden des neuen Max Planck – Asia Center for unraveling the nexus of AIR pollution, extreme weather, and monsoon in a warming climate: pathways to global solutions, kurz MAC-Air-Center, untersuchen die Wechselwirkungen zwischen Aerosolen, Sonneneinstrahlung und Wolken, um die Basis für effektivere Maßnahmen gegen Luftverschmutzung und Klimawandel sowie für zuverlässigere Vorhersagen von Extremwettern zu schaffen. Die Umweltbedingungen in der Atmosphäre verändern sich in China sehr schnell und ermöglichen es daher auf einzigartige Weise zu untersuchen, wie sich die verändernde Zusammensetzung der Atmosphäre auf Luftqualität, Wetter und Klima auswirkt. Neben der Chinese Academy of Sciences und dem Max-Planck-Institut für Chemie sind weitere führende Organisationen an der Kooperation beteiligt: das Indian Institute of Technology Madras (IITM), die Seoul National University (SNU), die Tsinghua University (THU), die Nanjing University (NJU) und die University of Helsinki (UHEL). 

EarthLab: Supercomputer-Infrastruktur für Atmosphärenforschung

Für ihre Studien messen die Forschenden atmosphärenchemische Daten unter anderem mit dem 325 Meter hohe Tall Tower Observatory in Peking. Neben Messungen setzen sie zudem auf Modellrechnungen mit der Supercomputer-Infrastruktur des EarthLab (Earth System Science Numerical Simulator Facility). So wollen sie zum einen die Mechanismen verstehen, wie sich die Atmosphärenchemie auf Wetter und Klima auswirkt, und zum anderen entsprechende Vorhersagen erstellen. Neben der Rechnerinfrastruktur können sie dabei umfangreiche atmosphärenchemische Datensätze der jüngeren Vergangenheit sowie KI-gestützte Modelle für meteorologische Vorhersagen nutzen.

„Die wissenschaftlichen Erkenntnisse sind auch für Europa und Deutschland unmittelbar relevant“, sagt Yafang Cheng, Direktorin am Max-Planck-Institut für Chemie, die das Center gemeinsam mit Hang Su vom Institute of Atmospheric Physics der CAS leitet. „Denn auch hier nehmen Überschwemmungen, Hitzewellen und andere Umweltschäden zu. Die Forschung kann dazu beitragen, Vorhersagen, Anpassungsstrategien und Widerstandsfähigkeit zu verbessern.“ Langfristig soll das MAC-Air-Center dazu beitragen, die Belastung durch Feinstaub zu verringern, Städte klimaresilienter zu machen und Frühwarnsysteme für Extremwetter zu verbessern.

Auch hier spielt die Förderung junger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine wichtige Rolle. Gemeinsame Betreuung, Austauschprogramme und standortübergreifende Trainings sollen ihnen helfen, Erfahrungen mit unterschiedlichen Datensätzen, Methoden und Forschungsansätzen zu sammeln.

Synthetische Biochemie für Medizin und Pflanzenschutz

Das zweite neue Center trägt den Namen Max Planck Society–Chinese Academy of Sciences Center for Synthetic Biochemistry soll das Potenzial von Naturstoffen aus Mikroorganismen für Medizin, Pflanzenschutz und andere Anwendungen erschließen. Dafür vereint das Center die Expertise des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie in Marburg und des Institute of Synthetic Biology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Shenzhen.

Im Mittelpunkt der Zusammenarbeit stehen grundlegende Fragen der synthetischen Biochemie: Wie lassen sich neue Herstellungswege für diese Substanzen finden, und wie lassen sie sich miteinander kombinieren und umprogrammieren, um bislang unbekannte bioaktive Moleküle zu produzieren?

Die Forschenden des Max-Planck-Instituts bringen dabei ihre Erfahrung in der Herstellung mikrobiologischer Naturstoffe sowie in der Analyse und im Design von Stoffwechselwegen ein. Auch ihr Wissen darüber, wie sich mikrobielle Naturstoffe ohne Zellen produzieren lassen, wird ein wichtiger Bestandteil der Forschung im neuen Center ein. Das Institute of Synthetic Biology ergänzt diese Kompetenzen durch automatisierte Labore sowie daten- und KI gestützte Methoden zur Identifizierung gänzlich neuer Biosynthesewege.

Shenzhen Synthetic Biology Infrastructure: Moderne Plattform für Kultivierung, Analytik und Hochskalierung mikrobieller Naturstoffe

Die Kooperation eröffnet den Forschenden am Max-Planck-Institut Zugang zu modernen Technologien der synthetischen Biologie in Shenzhen, allen voran der Shenzhen Synthetic Biology Infrastructure. Diese zentrale Analyseeinheit ermöglicht, unterschiedlichste Mikroorganismen auch unter sauerstofffreien Bedingungen zu züchten und mit modernsten Mikroskopen sichtbar zu machen. Die dabei produzierten Zellzahlen lassen sich von Kleinstmengen über Fermenter verschiedener Größen schnell hochskalieren. Die Plattform beinhaltet zudem Verfahren, die die Menge der von den Kulturen produzierten Stoffwechselprodukte online messen und offline auch die dreidimensionale Struktur der Moleküle untersuchen können. Auf diese Weise liefert die Plattform standardisierte Daten, die in den weiteren Anlagen der Shenzhen Synthetic Biology Infrastructure genutzt werden.

Die Kooperation schafft zugleich neue Möglichkeiten für die Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses, zum Beispiel gemeinsame Promotionsprojekte sowie Austausch- und Trainingsprogramme. Das neue Center wird dadurch Grundlagenforschung, technologische Innovation und internationale Nachwuchsförderung eng miteinander verbinden.

„Die Kombination der Expertisen und Methoden an unserem Institut und in Shenzhen sind einmalig und werden es uns erlauben, den Zugang und die strukturelle Vielfalt von mikrobiellen Naturstoffen deutlich zu erhöhen und sogar nicht-natürliche Varianten zu erzeugen“, erläutert Helge Bode, Direktor am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie, der das Center gemeinsam mit Chenli Liu vom Shenzhen Institute of Advanced Technology leitet.