Nachruf für Arren Bar-Even

7. Oktober 2020

Mit großer Trauer müssen wir den plötzlichen und tragischen Tod unseres Kollegen Arren Bar-Even bekannt geben, der letzte Woche im Alter von 40 Jahren verstorben ist.

Eine Würdigung von Arren Bar-Even

Mit großer Trauer müssen wir den plötzlichen, verfrühten und tragischen Tod unseres Kollegen Arren Bar-Even verkünden.

Arren war ein völlig engagierter, hoch kreativer und dynamischer Wissenschaftler. Nach Arrens eigenen Worten konzentrierte sich seine Forschung auf "den Entwurf und die Umsetzung neuartiger Stoffwechselwege mit dem Potenzial, die großen Herausforderungen der Menschheit direkt anzugehen, nämlich die Etablierung einer zirkulären Kohlenstoffwirtschaft und die Erreichung landwirtschaftlicher Nachhaltigkeit". Er war ein aufgehender Stern und sein Tod ist ein großer Verlust für die wissenschaftliche Gemeinschaft. Darüber hinaus war er auch eine ganz besondere Person mit Charisma, die um ihn herum für Aufregung und Vitalität sorgte.

Arren wurde in Haifa, Israel, geboren und machte im Jahr 2002 einen Bachelor am Technion (dem israelischen Institut für Technologie) und 2005 einen Master mit Yitzhak Pilpel und Naama Barkai am Weizmann-Institut. Nach 4 Jahren als Leiter der F&E-Abteilung des Biotech-Startup-Unternehmens SegaChem schloss er sich der Gruppe von Ron Milo am Weizmann-Institut an und machte seine Doktorarbeit zwischen 2009-2012, gefolgt von einem kurzen Postdoc. Im März 2015 wurde er zum Leiter einer unabhängigen Max-Planck-Forschungsgruppe „Systemischer und Synthetischer Stoffwechsel“ am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam-Golm ernannt.

Bereits in seiner Doktorarbeit machte Arren bahnbrechende Fortschritte im Metabolic Engineering. Er leistete einen erheblichen Beitrag an unserem grundlegenden Verständnis der allgemeinen Merkmale von Enzymen und Stoffwechselwegen durch eine Reihe aufschlussreicher Analysen der wichtigsten Prinzipien des Stoffwechsels. Diese umfassten integrative Analysen darüber, wie evolutionäre und physikalisch-chemische Trends die Enzymkinetik steuern, wie thermodynamische Zwänge die Entwicklung von Stoffwechselwegen steuern und wie die Hydrophobie und Ladungsform zelluläre Metabolitenkonzentrationen beeinflussen. Dieses tiefe Verständnis für die grundlegenden Funktionen des Metabolismus und dessen Entwicklung war eine Grundlage für seine außergewöhnlichen Fortschritte im Metabolic Engineering. Diese begannen in seiner Zeit am Weizmann-Institut, wo er der Welt eine Unmenge an neuartigen (‚synthetischen‘) Stoffwechselwege offenbarte, die zu einer effizienten Kohlenstofffixierung führen könnten. Diese Pfade basierten alle auf seiner intimen und umfassenden Kenntnis der vorhandenen natürlichen Enzyme und wurden kreativ in neue synthetische Stoffwechselwege verdrahtet, die er selbst entwarf und analysierte. Damit eröffnete Arren den Weg zur synthetischen Biologie der Kohlenstofffixierung. Er entwickelte auch die Schlüsselideen, die für die Etablierung des Calvin-Benson-Zyklus in E. coli erforderlich sind - dem Weg, auf dem CO2 in Algen und Pflanzen assimiliert wird.

Während seiner allzu kurzen Zeit in Golm verfolgte seine Forschung mehrere Ziele, die ihn alle seinem Traum näherbrachten, zur Etablierung einer zirkulären Kohlenstoffwirtschaft beizutragen. Das erste Ziel bestand darin, Organismen für biotechnologische Anwendungen so zu entwickeln, dass sie auf C1-Verbindungen wie Ameisensäure oder Methanol als einzige Kohlenstoffquelle wachsen können. Ameisensäure kann effizient durch elektrochemische Reduktion von CO2, Photoreduktion von CO2 oder Hydrierung von CO2 hergestellt werden. Methanol lässt sich effizient in einem zweistufigen Prozess herstellen, bei dem elektrochemisch erzeugter Wasserstoff mit CO2 reagiert. Ein Modellorganismus, der auf Format oder Methanol wächst, würde den Weg zu Bioraffinerien ebnen, die in Bezug auf die Verfügbarkeit von Rohstoffen unbegrenzt sind. Er etablierte neue Wege für die Assimilation von Ameisensäure in E. coli und anderen Mikroben und war auf dem Weg, diese Wege zu optimieren und Stämme mit effizientem Wachstum und der Fähigkeit, eine Reihe von wertvollen Chemikalien daraus herzustellen, zu schaffen. Letzteres - die Implementierung neuer Wege zur Herstellung wertvoller Chemikalien und Energiequellen - bildete seinen zweiten Forschungsschwerpunkt.

Ein weiteres Ziel war es, neue Wege zu entwerfen, zu analysieren und zu implementieren, um die Kohlenstofffixierung von Pflanzen und die Pflanzenproduktivität zu steigern. Ein Schwerpunkt lag dabei auf der Verringerung der Energieverschwendung während der Photosynthese aufgrund eines gekoppelten Prozesses, der als Photorespiration bezeichnet wird. Das Schlüsselenzym, das CO2 im Calvin-Benson-Zyklus fixiert, ist die Rubisco. Es hat eine Nebenreaktion mit Sauerstoff, die zur Bildung von Glykolat führt. Dieses Glykolat muss recycelt werden und der dazu natürlich vorkommende Weg ist verschwenderisch, da er zur Freisetzung von CO2 führt. Viele Gruppen weltweit versuchen diesen Weg zu modifizieren, damit er weniger verschwenderisch ist. Arren verfolgte einen viel radikaleren Ansatz und entwarf mehrere völlig neuartige (‚synthetische‘) Wege, auf denen Glykolat recycelt werden könnte, ohne dabei Kohlenstoff freizusetzen. Er erforschte diese Wege in Bakterien und begann damit, den vielversprechendsten Weg in photosynthetischen Organismen zu implementieren. In einem noch ehrgeizigeren Projekt machte sich Arren daran, den Calvin-Benson-Zyklus völlig zu ersetzen durch einen neuartigen synthetischen Kohlenstoff-Fixierungskreislauf, der nach theoretischen Analysen effizienter sein sollte als der Calvin-Benson-Kreislauf. Als er starb, stand er kurz davor, diese neuen Wege zur Verbesserung der Photosynthese in Pflanzen zu etablieren.

Parallel zur Verfolgung dieser spezifischen technischen Projekte wollte er die Konstruktionsprinzipien des zellulären Metabolismus aufdecken, was auch der Titel seiner Dissertation war. Er war überzeugt, dass die Ersetzung zentraler Stoffwechselwege durch synthetische Alternativen ein wirksames Instrument zur Erforschung und Prüfung der biochemischen Logik des Stoffwechsels darstellen würde und dass dies wiederum zu einem besseren Verständnis der Grenzen und Möglichkeiten des Metabolic Engineering beitragen würde.

Arren war nicht nur ein brillanter Wissenschaftler, er war auch ein ganz besonderer Mensch. Dies geht aus den folgenden Beiträgen seiner Gruppenmitglieder und Kollegen hervor.

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