Kerstin Göpfrich

Person und wissenschaftliche Bedeutung

Kerstin Göpfrich (* 1990 in Regensburg) ist eine deutsche Biophysikerin, Molekularbiologin und Hochschullehrerin. Ihr zentrales Forschungsgebiet ist die synthetische Biologie. Dabei versucht sie, künstliche Zellen und funktionsfähige Zellbestandteile aus molekularen Bausteinen herzustellen.

Diese Forschung soll einerseits erklären helfen, wie die ersten lebenden Zellen aus nicht lebender Materie entstanden sein könnten. Andererseits verfolgt sie medizinische Anwendungen: Entwickelt werden sollen Materialien, die sich selbst regenerieren, eigenständig weiterentwickeln und an veränderte Umweltbedingungen anpassen können.

Ausbildung und beruflicher Weg

Göpfrich wuchs in Erlangen auf. Von 2009 bis 2012 studierte sie an der Universität Erlangen Physik und molekulare Medizin und erwarb einen Bachelorabschluss. Anschließend setzte sie ihr Physikstudium an der University of Cambridge fort und schloss es 2013 mit dem M.Phil. ab.

Danach arbeitete sie als Gates Fellow in der Forschungsgruppe von Ulrich Keyser am Cavendish Laboratory der University of Cambridge. 2017 promovierte sie mit einer Arbeit über DNA-Origami-Nanoporen zum PhD. Bis 2019 forschte sie als Marie Skłodowska-Curie Postdoctoral Fellow am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart in der Abteilung von Joachim Spatz.

Seit 2019 leitet sie die Gruppe Biophysical Engineering am Max-Planck-Institut für medizinische Forschung in Heidelberg. 2022 wurde sie zusätzlich auf eine Professur am Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg berufen. Im Exzellenzcluster „3D Matter Made to Order“ des Karlsruher Instituts für Technologie und der Universität Heidelberg ist sie Principal Investigator und arbeitet im Bereich des 3D-Laser-Nanoprintings. Außerdem ist sie Fellow der Max Planck School Matter to Life.

Göpfrich engagiert sich auch für Wissenschaftskommunikation. 2016 sprach sie bei TEDx Cambridge University über ihre damalige Doktorarbeit. 2017 gründete sie „Ring a Scientist“, eine Initiative, die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in Klassenzimmer bringen möchte. Später stellte sie Forschung unter anderem im Fernsehen und in einem Podcast vor, darunter 2023 bei „Planet Wissen“, 2024 im Podcast „Kritisches Denken“ und am 23. Januar 2025 in der Sendung „scobel“.

Synthetische Zellen und DNA-Origami

Göpfrich arbeitet in der Biophysik und der synthetischen Biologie. Ein Schwerpunkt ist der Bau synthetischer Zellen und funktionaler Zellbestandteile mithilfe der DNA-Nanotechnologie. Sie verwendet dafür einen Bottom-up-Ansatz: Eine künstliche Zelle wird schrittweise aus selbst erzeugten molekularen Bausteinen zusammengesetzt.

DNA und RNA dienen dabei nicht hauptsächlich als Träger der Erbinformation, sondern als Konstruktionsmaterial. In einem computergestützten Designprozess wird DNA so entworfen, dass sie sich selbst zu gewünschten zwei- oder dreidimensionalen Strukturen formt. Dieses Verfahren heißt DNA-Origami.

Göpfrich entwickelte funktionsfähige DNA-basierte Zellskelette. Ein Zellskelett ist ein inneres Gerüst, das in diesem Fall aus DNA besteht. Diese künstlichen Strukturen können Stoffe innerhalb synthetischer Zellen transportieren. Außerdem entstanden Systeme, die durch Zellteilung Tochterzellen bilden können. Als nächsten Schritt möchte Göpfrich erreichen, dass solche Zellen ihre molekulare Hardware selbst herstellen.

Die veröffentlichten Arbeiten zeigen verschiedene Teile dieses Forschungsprogramms. Dazu gehören DNA-Nanoporen, die Lipiddoppelschichten durchspannen, die Teilung und das Nachwachsen großer unilamellarer Vesikel, lichtgesteuerte Protonengradienten zur Kontrolle von DNA-Strukturen sowie 3D-Laserdruck im Inneren synthetischer Zellen. Weitere Arbeiten behandeln den Bottom-up-Aufbau synthetischer Zellen mit einem DNA-Zellskelett und funktionale DNA-basierte Zellskelette.

Ausgewählte Förderungen und Auszeichnungen

2021 erhielt Göpfrich den Women Interactive Materials Award (WIMA) des DWI – Leibniz-Instituts für Interaktive Materialien für ihre Arbeit an Materialien mit lebensähnlichen Eigenschaften. Im selben Jahr wurde sie mit dem Hector Research Career Development Award der Hector Fellow Academy ausgezeichnet.

2022 erhielt sie einen ERC Starting Grant für das Projekt „ENSYNC – From engineering to evolution of synthetic cells with RNA origami“. 2023 bekam sie gemeinsam mit Dieter Braun von der Ludwig-Maximilians-Universität München und Tomoaki Matsuura vom Tokyo Institute of Technology für das Projekt „Autonomous evolution of synthetic cells under non-equilibrium conditions“ einen Forschungsförderpreis des Human Frontier Science Program. Der Preis war mit einer Million Euro dotiert.

2024 wurde Göpfrich für ihre bahnbrechenden wissenschaftlichen Erkenntnisse im Bereich der synthetischen Biologie mit dem Alfried-Krupp-Förderpreis ausgezeichnet.