Forschung

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Zelluläre Informationsverarbeitung

"Alle komplexen Funktionen unseres Körpers erfordern die Kommunikation zwischen Zellen und Zellverbänden. Wir untersuchen die Bildung von elektrischen und chemischen Signalen in Zellen und ihre Weitergabe an andere Zellen. Wir benutzen dazu einen Multiskalenansatz, der von der Untersuchung der Funktion einzelner Moleküle mit einer Kombination aus experimentellen und computer-gestützten Verfahren bis zur Analyse von genetisch veränderten Tiermodellen mit modernen biophysikalischen Verfahren reicht. Die Untersuchung der Pathophysiologie menschlicher Erkrankungen erlaubt uns zu verstehen, wie Änderungen in der zellulären Signalbildung die Funktion von Zellen und Zellverbänden stören kann."

Prof. Christoph Fahlke (IBI-1)

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Die Mechanobiologie von Zellen erforschen

„Wir erforschen die Mechanobiologie lebender Zellen mit modernen Methoden der Biophysik und Zellbiologie, die wir auch – falls notwendig – verbessern. Dabei interessieren wir uns für die Mechanik der Zellen selbst, wie sie sich fortbewegen, an ihrer Umgebung haften oder Kräfte auf Nachbarzellen ausüben. Besonders spannend finden wir die Frage, wie Zellen mechanische Signale aus ihrer Umgebung erkennen und auf diese reagieren, denn das scheint für die Entwicklung des Körpers und für manche Krankheiten sehr wichtig zu sein. Für nahezu jede Funktion – egal ob von einzelnen Zellen oder ganzen Organen – sind mechanische Wechselwirkungen essenziell. Sie steuern zum Beispiel die Entwicklung von Embryonen oder die Zellteilung.“

Prof. Rudolf Merkel (IBI-2)

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Nanobauelemente hören auf Zellsignale

„Unser Interesse gilt der Verbindung zwischen biologischen und elektronischen Systemen. Hierbei untersuchen wir die molekularen, zellulären und elektronischen sowie elektrochemischen Vorgänge an dieser Schnittstelle. Dies ermöglicht uns die Herstellung von Sensoren, die schon sehr geringe Mengen von Schadstoffen oder biochemischen Substanzen in der Umwelt oder in Körperflüssigkeiten aufspüren oder sogar Signale mit Zellen austauschen können. Mit unseren Methoden könnten in Zukunft auch verträglichere und hochsensible Implantate entstehen, die zerstörte Sinneszellen ersetzen.“

Prof. Andreas Offenhäusser (IBI-3)

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Kollektive Phänomene in Biologischen Systemen

„Viele biologische Funktionen beruhen auf hochspezifischen Interaktionen zwischen zwei molekularen Einheiten. Aber in den meisten biologischen Systemen, wie zum Beispiel im Cytoplasma, liegen Proteine und andere Biopolymere in so hohen Konzentrationen vor, dass kollektive Phänomene, die durch Wechselwirkungen zwischen einer großen Zahl von Molekülen entstehen, eine wichtige Rolle spielen. Mit unserer Forschung versuchen wir, diese Phänomene und ihren Einfluss auf biologischen Funktionen auf molekularem Niveau quantitativ zu verstehen. Dazu untersuchen wir Suspensionen biologischer und biohybrider Makromoleküle sowie von roten Blutkörperchen mit kolloid- und polymer physikalischen Methoden. Besonderes interessiert uns, wie das Verhalten solcher Systeme von äußeren Einflüssen, wie Temperaturgradienten, Scherströmungen, elektrischen Feldern oder räumlichen Einschränkungen abhängt oder damit manipuliert werden kann."

Prof. Peter Lang (IBI-4)

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Der Dynamik lebender Materie auf der Spur

„Die wesentlichen Charakteristika lebender Materie sind Aktivität und Energieverbrauch. Lebende biologische Systeme — und ebenso aktive weiche Materie — befinden sich deshalb ständig fern des thermischen Gleichgewichts. Welche Eigenschaften haben aktive Systeme unter solchen Bedingungen? Welche Strukturen, welche Dynamik, und welches kollektives Verhalten entwickelt sich dabei? Zur Beantwortung solcher Schlüsselfragen verwenden wir theoretische Methoden und numerische Simulationsverfahren auf Hochleistungscomputern. Das Forschungsspektrum reicht von der Nanotechnologie bis hin zu biologischen Systemen wie Zellen und Geweben. So beantworten wir die Fragen nach dem Fließverhalten von Blutzellen, der Dynamik von Mikroschwimmern – wie zum Beispiel Bakterien – und der Wechselwirkung von Nanoteilchen mit Membranen.“

Prof. Gerhard Gompper (IBI-5 und IAS-2)

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Visualisierung der Strukturen von Proteinanordnungen

Das Verständnis von Struktur und Funktion komplexer biomakromolekularer Verbände erfordert detaillierte Kenntnisse der dreidimensionalen Architektur, des zellulären Kontextes sowie der detaillierten strukturellen Wechselwirkungen der einzelnen molekularen Komponenten. Daher verwenden wir einen integrierten Ansatz der strukturellen Elektronenmikroskopie einschließlich fluoreszenzbasierter Methoden zur Untersuchung biologischer Strukturen mit Schwerpunkt auf membranassoziierten Proteinkomplexen. Insbesondere konzentrieren wir uns auf die membranassoziierten Prozesse der Autophagie und Endozytose. Unsere Hauptuntersuchungsmethoden sind die Einzelpartikel-Elektronenkryomikroskopie (cryo-EM) sowie die Elektronenkryo-Tomographie (cryo-ET), die wir entwickeln, um bestehende Bildgebungstechnologien in Richtung hochauflösender Strukturbiologie weiterzuentwickeln.

Prof. Carsten Sachse (IBI-6)

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Komplexe Interaktionen verstehen

„Die Funktion jeder Zelle und jedes Organismus hängt entscheidend von den dynamischen Interaktionen zwischen biologischen Makromolekülen* und ihrer korrekten dreidimensionalen Struktur ab. Fehlerhafte Interaktionen und fehlgefaltete Strukturen führen letztlich zu Krankheit und Alterung. Unser Ziel ist es, diese Wechselwirkungen zu verstehen und die dreidimensionalen Strukturen der an entscheidenden zellulären Prozessen beteiligten Protein-Komplexe möglichst in atomarer Auflösung zu bestimmen. Darüber hinaus entwickeln wir neuartige Verfahren zur Früherkennung und zur Therapie neurodegenerativer Erkrankungen mit einem starkem Fokus auf der Alzheimer’ schen Demenz.“

Prof. Dieter Willbold (IBI-7)

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Lernen von Neutronen

„Die wesentlichen Charakteristika lebender Materie sind Aktivität und Energieverbrauch. Lebende biologische Systeme — und ebenso aktive weiche Materie — befinden sich deshalb ständig fern des thermischen Gleichgewichts. Welche Eigenschaften haben aktive Systeme unter solchen Bedingungen? Welche Strukturen, welche Dynamik, und welches kollektives Verhalten entwickelt sich dabei? Zur Beantwortung solcher Schlüsselfragen verwenden wir theoretische Methoden und numerische Simulationsverfahren auf Hochleistungscomputern. Das Forschungsspektrum reicht von der Nanotechnologie bis hin zu biologischen Systemen wie Zellen und Geweben. So beantworten wir die Fragen nach dem Fließverhalten von Blutzellen, der Dynamik von Mikroschwimmern – wie zum Beispiel Bakterien – und der Wechselwirkung von Nanoteilchen mit Membranen.“

Prof. Stephan Förster (IBI-8 and JCNS-1)

Letzte Änderung: 26.08.2024