Prof. Dr. sc. nat. Thomas Meier
Werdegang
Thomas Meier wuchs in Schaan auf und schloss 1993 am Liechtensteinischen Gymnasium in Vaduz die Matura ab. Danach studierte er Biologie an der ETH Zürich in den Fachbereichen Mikrobiologie, Immunologie, Zellbiologie, Genetik und Pflanzenphysiologie und besuchte Kurse in Didaktik und Pädagogik. Seine Doktorarbeit schloss er 2002 am Institut für Mikrobiologie der ETH Zürich ab. Als Gruppenleiter forschte er ab 2006 am Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt am Main im Bereich Strukturbiologie und Bioenergetik, bevor er 2015 dem Ruf für eine Professur und den Lehrstuhl für Strukturbiologie an der Abteilung Lebenswissenschaften des Imperial College Londons gefolgt ist. In den Jahren 2017 bis 2021 leitete er am Imperial College das Exzellenzzentrum für Strukturbiologie.
Seit dem 1. November 2023 ist Prof. Dr. sc. nat. Thomas Meier Direktor des Liechtenstein-Instituts.
Forschungsprofil
In den Forschungsprojekten von Thomas Meier an seinen bisherigen Wirkungsstätten ging es um die biochemische und strukturelle (bildgebende) Untersuchung von energieliefernden Prozessen an der Zellgrenze (Membran) von Tieren, Pflanzen und Bakterien. Von zentraler Bedeutung dabei ist das Enzym „ATP-Synthase“, ein Proteinkomplex, welcher geladene Teilchen (Ionen) als Energiequelle benutzt, um das Molekül Adenosintriphosphat (ATP) herzustellen, den universalen Energieversorger in allen lebenden Zellen. Die ATP-Synthase funktioniert ähnlich einer Turbine in einem Kraftwerk mit einem Rotor, welcher die Ionen über die Membran transportiert, und einem Stator, welcher die Rotationsenergie in ATP umsetzt. Notabene: Jeder Mensch produziert täglich fast sein eigenes Körpergewicht an ATP-Molekülen und verbraucht es gleichzeitig wieder für energieverbrauchende Prozesse, wie z. B. Muskel- oder Hirnaktivität.
Die Arbeiten von Thomas Meier haben wesentlich zum funktionellen Verständnis des Mechanismus dieses kleinsten, aber hocheffizienten „Ionenmotors“ beigetragen. Sie bilden zudem auch eine Basis zum Verständnis des Wirkmechanismus von ausgewählten Antibiotika (z.B. Bedaquilin) oder der Entwicklung von neuen Medikamenten gegen multiple Resistenzen bei Infektionskrankheiten, z.B. der Tuberkulose oder Lungenentzündung. Seine Arbeiten liefern auch ein molekulares Verständnis von bestimmten, erbbedingten Defekten der zellulären Energieversorgung in Mitochondrien (die „Kraftwerke“ in Zellen), welche zu schwerwiegenden, neurodegenerativen Krankheiten führen können, z.B. zum Leigh-Syndrom. Weiters konnte sein Labor mit der ersten hochauflösenden (atomaren) Strukturbeschreibung der kompletten ATP-Synthase aus Pflanzen einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der Energieumsetzung und Regulation der Photosynthese leisten.
Die wissenschaftlichen Publikationen von Thomas Meier sind aus internationalen Wissenschaftsjournalen bekannt, z.B. Science, Nature Communications, PNAS und EMBO Reports. Er hält zahlreiche Vorträge an Konferenzen, Universitäten und Forschungsinstituten, organisiert Konferenzen und erstellt regelmässig Gutachten für Forschungsmittelgeber und Wissenschaftsjournale. Für die Pharmakonzerne Roche und Johnson&Johnson war er beratend und in Kollaboration tätig. Seine Forschungsarbeiten sowie sein Team am Imperial College wurden von Drittmittelgebern wie die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) oder Wellcome UK finanziert und beliefen sich in der Summe, umgerechnet und einschliesslich seiner kollaborativen Projekte auf ca. 10 Millionen Franken. Er ist international mit Kollaborationspartnern und Forschungskollegen vernetzt und erhielt für die Arbeiten verschiedene Auszeichnungen. 2006 wurde er mit dem Swiss Society of Microbiology Award und 2016 mit dem Wellcome UK Investigator Award ausgezeichnet.
Publikationsliste (2001–2024)
*korrespondierender Autor
Unterstrichen: Mitglieder der Forschungsgruppe Meier (ETH Zürich, Max-Planck-Institut für Biophysik, Frankfurt, Imperial College London)
1. Adolph C., Cheung C.Y., McNeil M.B., Jowsey W.J., Williams Z.C., Hards K., Harold L.K., Aboelela A., Bujaroski R.S., Buckley B.J., Tyndall J.D.A., Li Z., Langer J.D., Preiss L., Meier T., Steyn A.J.C., Rhee K.Y., Berney M., Kelso M.J., Cook* G.M. (2024). A dual-targeting succinate dehydrogenase and F1Fo-ATP synthase inhibitor rapidly sterilizes replicating and non-replicating Mycobacterium tuberculosis. Cell Chem. Biol. S2451-9456(23)00432-4.
2. Yamamoto, H., Cheuk, A., Shearman, J., Nixon, P.J., Meier, T., Shikanai*, T. (2023). Impact of engineering the ATP synthase rotor ring on photosynthesis in tobacco chloroplasts. Plant Phys., 192(2):1221-1233.
3. Hards, K., Cheung, C.Y., Waller, N., Adolph, C., Keighley, L., Tee, Z.S., Harold, L.K., Menorca, A., Bujaroski, R.S., Buckley, B.J., Tyndall, J.D.A., McNeil, M.B., Rhee, K.Y., Opel-Reading, H.K., Krause, K., Preiss, L., Langer, J. D., Meier, T., Hasenoehrl, E.J., Berney, M., Kelso, M.J., Cook*, G.M. (2022). An amiloride derivative is active against the F1Fo-ATP synthase and cytochrome bd oxidase of Mycobacterium tuberculosis. Commun. Biol. 5, 166.
4. Meier-Credo, J., Preiss, L., Wüllenweber, I., Resemann, A., Nordmann, C., Zabret, J., Suckau, D., Michel, H., Nowaczyk, M.M., Meier, T., and Langer*, J.D. (2022). Top-down identification and sequence analysis of small membrane proteins using MALDI-MS/MS. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 33, 1293-1302. 10.1021/jasms.2c00102.
5. Demmer, J.D., Phillips, B.P., Uhrig, O.L., Filloux, A., Allsopp, L., Bublitz, M. and Meier*, T. (2022) Structure of ATP synthase from ESKAPE pathogen Acinetobacter baumannii. Sci. Adv., 8:eabl5966.
6. Cheuk, A. & Meier*, T. (2021). Rotor subunits adaptations in ATP synthases from photosynthetic organisms. Biochem. Soc. Trans. 49: 541-550.
7. Blum, T., Hahn, A., Meier, T., Davies, K.M., Kühlbrandt*, W. (2019). Dimers of mitochondrial ATP synthase induce membrane curvature and self-assemble into rows. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. pii: 201816556.
8. Krasnoselska, G.O., Meier*, T. (2018). Purification and reconstitution of Ilyobacter tartaricus ATP synthase. Methods Mol. Biol. 1805: 51-71.
9. Hahn, A., Vonck, J., Mills, D.J., Meier*, T., and Kühlbrandt*, W. Structure, mechanism, and regulation of the chloroplast ATP synthase. Science (2018). 360(6389). pii: eaat4318.
10. Dautant, A., Meier*, T., Hahn, A., Tribouillard-Tanvier, D., Di Rago, J.-P., and Kucharczyk* (2018). ATP Synthase Diseases of Mitochondrial Genetic Origin. Front. Physiol. 9: 1-16.
11. Eisel, B., Hartrampf, F.W.W., Meier*, T., Trauner*, D. (2018) Reversible optical control of F1Fo -ATP synthase using photoswitchable inhibitors. FEBS Lett., 592: 343-355.
12. Schulz, S., Wilkes M., Mills D.J., Kühlbrandt* W., Meier*, T.. Molecular architecture of the N-type ATPase rotor ring from Burkholderia pseudomallei. EMBO Rep., (2017) 18: 526-535.
13. He, C., Preiss, L., Wang, B., Fu, L., Wen, H., Zhang, X., Cui, H., Meier*, T., Yin*, D. (2017). Structural simplification of Bedaquiline: the discovery of 3-(4-(N,N-Dimethylaminomethyl)phenyl)quinoline-derived antitubercular lead compounds. Chem. Med. Chem., 12, 106-119.
14. Hahn, A., Parey, K., Bublitz, M., Mills, D.J., Zickermann, V., Vonck, J., Kühlbrandt*, W., and Meier*, T. (2016). Structure of a complete ATP synthase dimer reveals the molecular basis of inner mitochondrial membrane morphology. Mol. Cell 63, 445-456.
15. Preiss, L., Hicks, D.B., Suzuki, S., Meier, T., and Krulwich*, T.A. (2015) Alkaliphilic bacteria with impact on industrial applications, concepts of early life forms, and bioenergetics of ATP synthesis. Frontiers Bioeng. Biotechnol. 3, 75.
16. Preiss, L., Langer, J.D., Yildiz, Ö., Eckhardt-Strelau, L., Guillemont, E.G., Koul, A., Meier*, T. (2015) Structure of the mycobacterial ATP synthase Fo rotor ring in complex with the anti-TB drug bedaquiline. Sci. Adv. 1, e1500106.
17. Leone, V. Pogoryelov, D., Meier, T., Faraldo-Gómez*, J.D. (2015) On the principle of ion selectivity in Na+/H+-coupled membrane proteins: experimental and theoretical studies of an ATP-synthase rotor. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 112: E1057-1066.
18. Matthies, D., Zhou W., Klyszejko, A.L., Anselmi, C., Yildiz, Ö., Brandt, K., Müller, V., Faraldo-Gómez* J.D. & Meier*, T. (2014) High-resolution structure and mechanism of a Na+-coupled F/V-hybrid ATP synthase rotor ring. Nat. Comm., 5:5286.
19. Preiss, L., Langer, J.D., Hicks, D.B., Liu J., Yildiz ‚Ö., Krulwich, T.A., Meier*, T. (2014) The c-ring ion-binding site of ATP synthase from Bacillus pseudofirmus OF4 is adapted to alkaliphilic lifestyle. Mol. Microbiol., 92, 973-984.
20. Meier*, T. and Pogoryelov, D. (2013) ATP synthase structure and function: Encyclopedia of Biophysics (Edited by G.C.K. Roberts), Springer Verlag.
21. Halang P., Leptihn S., Meier T., Vorburger* T., Steuber* J. (2013) The function of the Na+-driven flagellum of Vibrio cholerae is determined by osmolality and pH. J. Bacteriol., 95, 4888-4899.
22. Schulz S., Iglesias-Cans M., Krah A., Yildiz Ö., Leone V., Matthies D., Cook G.M., Faraldo-Gómez* J.D., Meier* T. (2013) A new type of Na+-driven ATP synthase membrane rotor with a two-carboxylate ion-coupling motif. PLoS Biol., 11, e1001596.
23. Preiss L., Klyszejko A.L., Hicks D.B., Liu J., Fackelmayer O.J., Yildiz Ö., Krulwich T.A., Meier* T. (2013) The c-ring stoichiometry of ATP synthase is adapted to cell physiological requirements of alkaliphilic Bacilllus pseudofirmus OF4. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 110, 7874-7879.
24. Hakulinen, J., Klyszejko, A.L., Hoffmann, J., Eckhardt-Strelau, L., Brutschy, B., Vonck*, J., Meier*, T., (2012) A structural study on the architecture of the bacterial ATP synthase Fo motor. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 109, E2050-2056.
25. Pogoryelov*, D., Klyszejko, A.L., Krasnoselska, G., Heller, E.-M., Leone, V., Langer, J.D., Vonck, J., Muller, D.J., Faraldo-Gómez, J.D., Meier*, T., (2012) Engineering rotor ring stoichiometries in the ATP synthase. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 109, E1599-1608.
26. Symersky, J., Pagadala, V., Osowski, D., Krah, A., Meier, T., Faraldo-Gómez*, J,D., Mueller*, D. (2012) Structure of the proton pore c10 ring of the yeast mitochondrial ATP synthase in the open conformation. Nat. Struct. Mol. Biol., 19, 485-491.
27. Hammann, E., Zappe, A., Keis, S., Ernst, S., Matthies, D., Meier T., Cook, G.M., Börsch*, M., (2012) Step size of the rotary proton motor in single FoF1-ATP synthase from a thermoalkaliphilic bacterium by DCO-ALEX FRET. SPIE proceedings, 8228, 82280A-15.
28. Meier*, T., Faraldo-Gómez, J.D. and Börsch, M. (2011) ATP synthase: A paradigmatic molecular machine. Molecular Machines in Biology (Edited by J. Frank), Cambridge University Press.
29. McMillan, D.G., Ferguson, S.A., Dey, D., Schröder, K., Aung, H.L., Carbone, V., Attwood, G.T., Ronimus, R.S., Meier, T., Janssen, P.H., Cook*, G.M. (2011) A1Ao-ATP synthase of Methanobrevibacter ruminantium couples sodium ions for ATP synthesis under physiological conditions. J. Biol. Chem., 286, 39882-39892.
30. Matthies, D., Haberstock, S., Joos, F., Dötsch, V., Vonck, J., Bernhard, F. and Meier*, T. (2011) Cell-free expression and assembly of ATP synthase. J. Mol. Biol., 413, 593-603.
31. Kalamorz, F., Keis, S., McMillan, D.G., Olsson, K, […], Matthies, D., Preiss, L., Meier, T., Brown, S.D. and Cook*, G.M. (2011) Draft genome sequence of the thermoalkaliphilic Caldalkalibacillus thermarum strain TA2.A1. J. Bacteriol., 193, 4290-4291.
32. Liu, J., Fackelmayer, O.J., Hicks, D.B., Preiss, L., Meier, T., Sobie, E.A. and Krulwich*, T.A. (2011) Mutations in a helix-1 motif of the ATP synthase c-subunit of Bacillus pseudofirmus OF4 cause functional deficits and changes in the c-ring stability and mobility on sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis. Biochemistry, 50, 5497-5506.
33. Pogoryelov, D., Krah, A., Langer, J.D., Yildiz, Ö., Faraldo-Gómez*, J.D. and Meier*, T. (2010) Microscopic rotary mechanism of ion translocation in the Fo complex of ATP synthases. Nat. Chem. Biol., 6, 891-899.
34. Hoffmann, J., Sokolova, L., Preiss, L., Hicks, D.B., Krulwich, T.A., Morgner, N., Wittig, I., Schägger, H., Meier*, T. and Brutschy*, B. (2010) ATP synthases: cellular nanomotors characterized by LILBID mass spectrometry. Phys. Chem. Chem. Phys., 12, 13375-13382.
35. Preiss, L., Yildiz Ö., Hicks, D.B., Krulwich, T.A. and Meier*, T. (2010) A new type of proton coordination in an F1Fo-ATP synthase rotor ring. PLoS Biology, 8, e1000443.
36. Krah, A., Pogoryelov, D., Langer, J.D., Bond, P.J., Meier*, T., Faraldo-Gómez*, J.D. (2010) Structural and energetic basis for H+ versus Na+ binding selectivity in ATP synthase Fo rotors. Biochim. Biophys. Acta, 1797, 763-772.
37. Krah, A., Pogoryelov, D., Meier*, T., Faraldo-Gómez*, J.D. (2010) On the structure of the proton-binding site in the Fo rotor of chloroplast ATP synthases. J. Mol. Biol., 395, 20-27.
38. Pogoryelov, D., Yildiz, Ö., Faraldo-Gómez, J.D. and Meier*, T. (2009) High-resolution structure of the rotor ring of a proton-dependent ATP synthase. Nat. Struct. Mol. Biol., 16, 1068-1073.
39. Meier*, T., Krah, A., Bond, P.J., Pogoryelov, D., Diederichs, K. and Faraldo-Gómez*, J.D. (2009) Complete ion-coordination structure in the rotor ring of Na+-dependent F-ATP synthases. J. Mol. Biol., 391, 498-507.
40. Matthies, D., Preiss, L., Klyszejko, A.L., Muller, D.J., Cook, G.M., Vonck, J. and Meier*, T. (2009) The c13 ring from a thermoalkaliphilic ATP synthase reveals an extended diameter due to a special structural region. J. Mol. Biol., 388, 611-618.
41. Morgner, N., Hoffmann, J., Barth, H.-D., Meier*, T. and Brutschy*, B. (2008) LILBID-mass spectrometry applied to the mass analysis of RNA polymerase II and an F1Fo-ATP synthase. Int. J. Mass Spectrom., 277, 309-313.
42. Pogoryelov, D., Nikolaev, Y., Schlattner, U., Pervushin, K., Dimroth, P. and Meier*, T. (2008) Probing the rotor subunit interface of the ATP synthase from Ilyobacter tartaricus. FEBS J., 275, 4850-4862.
43. Fritz, M., Klyszejko, A.L., Morgner, N., Vonck, J., Brutschy, B., Muller, D.J., Meier*, T. and Müller*, V. (2008) An intermediate step in the evolution of ATPases: a hybrid F0-V0 rotor in a bacterial Na+ F1F0 ATP synthase. FEBS J., 275, 1999-2007.
44. Meier*, T., Morgner, N., Matthies, D., Pogoryelov, D., Keis, S., Cook*, G.M., Dimroth, P. and Brutschy*, B. (2007) A tridecameric c ring of the adenosine triphosphate (ATP) synthase from the thermoalkaliphilic Bacillus sp. strain TA2.A1 facilitates ATP synthesis at low electrochemical proton potential. Mol. Microbiol., 65, 1181-1192.
45. Pogoryelov, D., Reichen, C., Klyszejko, A.L., Brunisholz, R., Muller, D.J., Dimroth, P. and Meier*, T. (2007) The oligomeric state of c rings from cyanobacterial F-ATP synthases varies from 13 to 15. J. Bacteriol., 189, 5895-5902.
46. Dimroth*, P., von Ballmoos, C. and Meier, T. (2006) Catalytic and mechanical cycles in F-ATP synthases. EMBO Rep., 7, 276-282.
47. Meier*, T., Ferguson, S.A., Cook, G.M., Dimroth, P. and Vonck, J. (2006) Structural investigations of the membrane-embedded rotor ring of the F-ATPase from Clostridium paradoxum. J. Bacteriol., 188, 7759-7764.
48. Meier*, T., Yu, J., Raschle, T., Henzen, F., Dimroth*, P. and Müller, D.J. (2005) Structural evidence for a constant c11 ring stoichiometry in the sodium F-ATP synthase. FEBS J., 272, 5474-5483.
49. Pogoryelov, D., Yu, J., Meier*, T., Vonck, J., Dimroth, P. and Muller*, D.J. (2005) The c15 ring of the Spirulina platensis F-ATP synthase: F1/F0 symmetry mismatch is not obligatory. EMBO Rep., 6, 1040-1044.
50. Meier, T., Polzer, P., Diederichs*, K., Welte, W. and Dimroth*, P. (2005) Structure of the rotor ring of F-type Na+-ATPase from Ilyobacter tartaricus. Science, 308, 659-662.
51. Dimroth*, P., von Ballmoos, C., Meier, T. and Kaim, G. (2003) Electrical power fuels rotary ATP synthase. Structure, 11, 1469-1473.
52. Meier, T., Matthey, U., von Ballmoos, C., Vonck, J., Krug von Nidda, T., Kühlbrandt, W. and Dimroth*, P. (2003) Evidence for structural integrity in the undecameric c-rings isolated from sodium ATP synthases. J. Mol. Biol., 325, 389-397.
53. Müller*, D.J., Engel, A., Matthey, U., Meier, T., Dimroth, P. and Suda, K. (2003) Observing membrane protein diffusion at subnanometer resolution. J. Mol. Biol., 327, 925-930.
54. Meier, T., von Ballmoos, C., Neumann, S. and Kaim*, G. (2003) Complete DNA sequence of the atp operon of the sodium-dependent F1Fo ATP synthase from Ilyobacter tartaricus and identification of the encoded subunits. Biochim. Biophys. Acta, 1625, 221-226.
55. Vonck, J., von Nidda, T.K., Meier, T., Matthey, U., Mills, D.J., Kühlbrandt*, W. and Dimroth*, P. (2002) Molecular architecture of the undecameric rotor of a bacterial Na+-ATP synthase. J. Mol. Biol., 321, 307-216.
56. Meier, T. and Dimroth*, P. (2002) Intersubunit bridging by Na+ ions as a rationale for the unusual stability of the c-rings of Na+-translocating F1F0 ATP synthases. EMBO Rep., 3, 1094-1098.
57. von Ballmoos, C., Meier, T. and Dimroth*, P. (2002) Membrane embedded location of Na+ or H+ binding sites on the rotor ring of F1F0 ATP synthases. Eur. J. Biochem., 269, 5581-5589.
58. Müller, D.J., Dencher, N.A., Meier, T., Dimroth*, P., Suda, K., Stahlberg, H., Engel, A., Seelert, H. and Matthey, U. (2001) ATP synthase: constrained stoichiometry of the transmembrane rotor. FEBS Lett., 504, 219-222.
59. Meier, T., Matthey, U., Henzen, F., Dimroth*, P. and Müller, D.J. (2001) The central plug in the reconstituted undecameric c cylinder of a bacterial ATP synthase consists of phospholipids. FEBS Lett., 505, 353-356.
60. Stahlberg, H., Müller, D.J., Suda, K., Fotiadis, D., Engel, A., Meier, T., Matthey, U. and Dimroth*, P. (2001) Bacterial Na+-ATP synthase has an undecameric rotor. EMBO Rep., 2, 229-233.
Während seiner Doktorarbeit und als Postdoc an der ETH Zürich beteiligte sich Thomas Meier an Grundpraktika in Mikrobiologie. An der Goethe-Universität Frankfurt nahm er ab 2006 als Dozent an der Grundvorlesung in Stoffwechsel (Biochemie) teil und beteiligte sich am Praktikum in Mikrobiologie. Ab 2015 organisierte er ein Biochemie-Kursmodul in angewandter, molekularer Biochemie am Imperial College London und gab Vorlesungen, Tutorials und Praktika in den Fächern Strukturbiologie, Bioenergetik, Molekularbiologie und Mikrobiologie. Zudem bot er jährlich Laborprojekte in seinem eigenen Labor für den Bachelor- und Masterstudiengang an. In seinem Labor schlossen bis Sommer 2023 24 Bachelor-, 24 Master- und 12 PhD-StudentInnen ihre Arbeiten ab.
| Aus- und Weiterbildung | |
| 2002 | Doktor der Naturwissenschaften (Dr. sc. nat. ETH) mit Auszeichnung / ETH-Medaille, ETH Zürich |
| 1998–2002 | Doktorat am Institut für Mikrobiologie, ETH Zürich (Mentor: Prof. Dr. Peter Dimroth) |
| 1998 | Diplom in Biologie (Dipl. Natw. ETH), ETH Zürich.
Abschlussfächer: Genetik, Immunologie, Mikrobiologie, Pflanzenphysiologie und Zellbiologie |
| 1997–1998 | Kurse «Höheres Lehramt», zwei Semester Didaktik und Pädagogik, ETH Zürich |
| 1993–1998 | Biologie-Studium an der ETH Zürich |
| 1993 |
Eidgenössische Matura, Typus B |
| 1985 –1993 | Liechtensteinisches Gymnasium, Vaduz |
| Beruflicher Werdegang | |
| seit 1.11.2023 | Direktor des Liechtenstein-Instituts |
| 2015–2023 | Inhaber des Lehrstuhls für Strukturbiologie, Abteilung Lebenswissenschaften, Imperial College, London |
| 2017–2021 | Direktor, Zentrum für Strukturbiologie, Imperial Centres of Excellences, Imperial College, London |
| 2006–2015 | Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Biophysik, Frankfurt am Main |
| 2005–2006 | Gruppenleiter am Institut für Mikrobiologie, ETH Zürich |
| 2002–2004 |
Postdoktorand am Institut für Mikrobiologie, ETH Zürich |
