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Unsere Forschungsschwerpunkte

IBI-1-Institut

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)

IBI-2

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)

IBI-3

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)

IBI-4

Kollektive Phänomene in Biologischen Systemen

„Wir erforschen Phänomene, die aufgrund von gleichzeitigen Wechselwirkungen zwischen vielen Teilchen, wie Biomakromolekülen und roten Blutkörperchen, auftreten. Wir wollen die Dynamik, die Kinetik und die Selbstorganisation dieser Systeme auf makromolekularem Niveau quantitativ verstehen, sowohl im Gleichgewicht und im Ungleichgewicht als auch unter dem Einfluss äußerer Stimuli.“

Prof. Jan Karel George Dhont (IBI-4)

IBI-5/IAS-2

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)

IBI-6

Mechanismen der Proteinfaltung und der Konformationsdynamik

„Proteine werden am Ribosom als lineare Polypeptidkette synthetisiert und müssen erst ihre spezifische Raumstruktur herstellen (Faltung) bevor sie ihre Funktion ausführen können.Wie funktioniert der Prozess der Proteinfaltung im Detail? Im Allgemeinen laufen Synthese und Faltung parallel ab. In unseren Arbeiten entwickeln wir Methoden, welche es uns ermöglichen kraftbasierte und fluoreszenzbasierte Einzelmolekültechniken anzuwenden, um die Kopplung zwischen Synthese und Faltung von Proteinen besser zu verstehen. Wir wenden diese Techniken insbesondere für Multidomänen Proteine an. Dabei untersuchen wir nicht nur Faltungsintermediate, sondern auch die funktionelle Konformationsdynamik vollständig gefalteter Proteinstrukturen.“

Prof. Jörg Fitter (IBI-6)

IBI-7

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)

IBI-8/JCNS-1

Lernen von Neutronen

„Wie hängen die Eigenschaften und Funktionen makromolekularer* Materialien von ihrer inneren Struktur und lokalen Dynamik ihrer Bausteine ab? Untersuchungen mit Neutronenstrahlen helfen uns, diese Fragen zu beantworten, und führen zu einem grundlegenden Verständnis der Schlüsselmechanismen bei der Selbstorganisation weicher Materialien, der Kunststoffverarbeitung, der Ionenleitung in Membranen oder der Proteinfaltung. Neutronen liefern Informationen von molekularem bis zu makroskopischen Längen- und Zeitskalen und erlauben so eine Analyse und Kontrolle der Eigenschaften moderner synthetischer und biologischer Materialien. “

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