Mathematikerin mit biologischer Ambition

Tanja Stadler ist eine jener Mathematikerinnen, die ihr Wissen auf Problemstellungen der realen Welt anwenden ¨C in ihrem Fall auf Fragen aus der Biologie. Dennoch kann sie die Vorg?nge, die sie untersucht, kaum je direkt beobachten. Stadler interessiert sich f¨¹r Makroevolution, Phylogenie und Epidemiologie: Sie ergr¨¹ndet, wie Arten sich stammesgeschichtlich bilden oder vergehen, und wie epidemische Infektionskrankheiten entstehen.

?Ich versuche zu verstehen, was in der Vergangenheit geschehen ist, um Voraussagen ¨¹ber die Zukunft zu treffen?, sagt Stadler. Anders als in der klassischen Pal?ontologie gr?bt sie dazu nicht nach Fossilien, sondern nutzt Erbinformation, mathematische Modelle und statistisches Geschick. Und dies mit Erfolg: Im Sommer hat Stadler einen der begehrten ERC Starting Grants erhalten. Und nun wird sie f¨¹r ihre Beitr?ge zur stammesgeschichtlichen Rekonstruktion mit dem Latsis-Preis geehrt, der bedeutendsten Auszeichnung f¨¹r ETH-Nachwuchsforschende.

Fasziniert von Phylogenie

?Was mich am meisten freut, ist die Anerkennung meiner Arbeiten durch eine unabh?ngige Fachkommission?, sagt die 32-j?hrige Deutsche, die 2008 als Postdoc an die ETH Z¨¹rich kam. Ihre Forschungsnische fand sie jedoch bereits fr¨¹her. 2005, gegen Ende ihres Studiums der angewandten Mathematik an der TU M¨¹nchen, las sie ein Buch ¨¹ber Phylogenie des neuseel?ndischen Mathematikers Mike Steel. Das Thema faszinierte sie derart, dass sie Kontakt aufnahm und bald darauf nach Neuseeland reiste, um an der Universit?t von Canterbury einen dreimonatigen Forschungsaufenthalt zu beginnen. Stadler verl?ngerte und schrieb sodann ihre Diplomarbeit bei Steel ¨C ¨¹ber die statistische Modellierung vom Werden und Sterben der Arten in der Stammesgeschichte. Mit nach Hause nahm sie nicht nur einen reichen Fundus an Erfahrungen, sondern auch ein Forschungsfeld, auf dem sie anschliessend an der TU M¨¹nchen doktorierte.

Nach der Dissertation wollte Stadler fachlich n?her zur Biologie. An der ETH Z¨¹rich fand sie das Institut f¨¹r Integrative Biologie (IBZ) mit den Kernthemen Evolution und ?kologie. ?Das perfekte Umfeld f¨¹r meine Forschung als Postdoc?, res¨¹miert sie. Seit 2011 ist Stadler Junior-Gruppenleiterin am IBZ bei Sebastian Bonhoeffer, Professor f¨¹r theoretische Biologie.

Einblick in die Evolution

Die konzeptionelle Basis f¨¹r Stadlers Forschung ist der phylogenetische Baum ¨C ein Diagramm, das evolution?re Beziehungen darstellt, ?hnlich unserem Familienstammbaum. Diese B?ume leitet die Wissenschaftlerin von sequenzierter Erbinformation ab. So untersuchte sie beispielsweise die Stammesgeschichte heute lebender S?ugetierspezies. Ihre Analysen weisen darauf hin, dass die Evolution der S?uger bereits weit vor dem Aussterben der Dinosaurier begonnen haben muss. Damit r¨¹ttelt sie an der g?ngigen Lehrmeinung der Pal?ontologie, die ¨C gest¨¹tzt auf Fossildaten ¨C genau das Gegenteil besagt. ?Es ist unklar, welche Quelle die wahre Geschichte erz?hlt ¨C die Fossilien oder die Gene?, so Stadler. Ihr L?sungsansatz besteht darin, die beiden Quellen zu vereinen: Stadler arbeitet daran, die genetische Information mit pal?ontologischen Daten zu kombinieren, etwa von Fossilien, um Schl¨¹sselfaktoren evolutiver Prozesse zu identifizieren.

Epidemien auf der Spur

?hnlich geht die Wissenschaftlerin vor, um die treibenden Kr?fte bei Epidemien zu bestimmen. Durch das IBZ hat Stadler Zugang zu HIV-Gendatenbanken, die sie nutzt, um ihre Modelle zu testen. ?Das HI-Virus mutiert derart schnell, dass im Prinzip jeder Patient eine eigene Virenpopulation in sich tr?gt?, erkl?rt sie. Die phylogenetischen B?ume, die Stadler aus den viralen Genen ableitet, widerspiegeln die ?bertragungsgeschichte und erlauben R¨¹ckschl¨¹sse dar¨¹ber, ob sich die Epidemie ausbreitet oder zur¨¹ckgeht, wie schnell sie das tut und wie hoch die Ansteckungsrate ist. Mit diesen Parametern lassen sich epidemiologische Modelle verbessern: J¨¹ngst gelang es ihr zusammen mit Gabriel Leventhal, einem Doktoranden in Bonhoeffers Gruppe, ein neues, realistisches Modell f¨¹r die Verbreitung von HIV zu entwickeln.

Solche Erkenntnisse sind auch f¨¹r Gesundheitsbeh?rden interessant, denn sie k?nnen helfen, Massnahmen im Umgang mit Infektionskrankheiten zu formulieren, etwa gegen resistente Erreger. Stadler m?chte mit ihrer Forschung soweit kommen, dass sie bei k¨¹nftigen Infektionskrankheiten innerhalb kurzer Zeit beurteilen kann, ob und wie gef?hrlich ein Erreger ist, und wie er sich ausbreitet.

Die Zeichen daf¨¹r, dass ihr das gelingen wird, stehen gut. Eben erst hat die ETH der ambitionierten Jungforscherin eine Stelle als Assistenzprofessorin am Departement f¨¹r Biosysteme (D-BSSE) in Basel angeboten. Stadler kann ihre Forschung also weiterf¨¹hren. ?Ich bin ¨¹bergl¨¹cklich?, freut sie sich.