Profilbereich Structure & Dynamics of Life

Unsere Forschung im Profilbereich „Struktur und Dynamik des Lebens“ (SDL) zielt darauf ab, die Grundprinzipien besser zu verstehen, die es Zellen und Organismen ermöglichen, sich zu entwickeln, zu funktionieren und auf Veränderungen bei Stress und Krankheit zu reagieren. Um das Wissen an dieser Grenze der Wissenschaft voranzubringen, müssen hochempfindliche neue Methoden und Werkzeuge entwickelt werden. Unser Forschungsbereich vereint daher ein breites Spektrum an Fachkenntnissen, darunter Biochemie, Biologie, Biophysik, Strukturbiologie, Chemie und theoretische Naturwissenschaften. Die gewonnenen Erkenntnisse tragen dazu bei, neue Wege für die Behandlung von Krankheiten zu finden.

Alexander Heckel, Profilbereichssprecher von Structure & Dynamics of Life

Alexander Heckel (Chemische Biologie)

Profilbereichsprecher

“Der Profilbereich möchte die Geheimnisse des Lebens entschlüsseln - in Ort und Zeit und von der molekularen Ebene bis hin zu Zellen, Geweben und Organismen. Strukturelle und dynamische Untersuchungen sind besondere Stärken Frankfurts, die wir weiterentwickeln. Dieser räumlich-zeitliche Ansatz auf verschiedenen Skalen ist unglaublich faszinierend.”

Virginie Lecaudey, Sprecherin im Profilbereich Structure & Dynamics of Life

Virginie Lecaudey (Zellbiologie und Neurowissenschaft)

Profilbereichsprecherin

“Um zu verstehen, wie biologische Systeme funktionieren, brauchen wir ein besseres Verständnis der Bausteine der Zelle und wie sie ihre hochkomplexe innere Struktur bilden. Wir müssen auch verstehen, wie sich diese Struktur kontinuierlich umgestaltet, um sich sowohl gesunden als auch pathologischen Veränderungen anzupassen.”

Forschungsschwerpunkte

Die Bausteine lebender Systeme, die von unseren Forschenden untersucht werden, reichen von einzelnen Molekülen über makromolekulare Komplexe, Organellen, Zellen und Organe bis hin zu ganzen Organismen. Es gibt noch viele offene Fragen zu den Grundprinzipien ihrer Funktionsweise.

Lebende Systeme sind hochkomplex und dynamisch. Ihre Bausteine verändern sich, bewegen sich und interagieren in Raum und Zeit. Hochempfindliche Instrumente werden benötigt, um spezifische Prozesse mit ausreichender räumlicher und zeitlicher Auflösung zu untersuchen und verschiedene Maßstäbe erfordern unterschiedliche Methoden. In Frankfurt profitieren wir von einer langen Tradition der Innovation in diesem Bereich – dazu gehören Verfahren der Kernspinresonanz (NMR), Massenspektrometrie, Röntgenkristallographie, moderne Lichtmikroskopie, Elektronenmikroskopie und Lichtregulierung. Weitere Werkzeuge und Methoden werden entwickelt, um die Wissenschaft voranzutreiben. Wir kombinieren gemeinsame Großprojekte unter der Leitung etablierter Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen mit der Fortbildung und frühen Unabhängigkeit von talentierten jungen Forschenden.

Forschung von solcher Komplexität erfordert die Zusammenarbeit verschiedener wissenschaftlicher Disziplinen und unser Profilbereich fördert gemeinsame Forschungsinitiativen. Neben dem Exzellenzcluster SCALE umfasst unser Profilbereich von der DFG-geförderte Sonderforschungsbereiche und Graduiertenkollegs, eine IMI-Initiative sowie zahlreiche kleinere Projekte. Der Profilbereich konzentriert sich derzeit auf die folgenden Forschungsschwerpunkte:

Subzelluläre Architektur des Lebens

Neue technische Entwicklungen ermöglichen die Untersuchung lebender Systeme mit einer bisher unerreichten Auflösung. Unsere Forschenden entwickeln neuartige experimentelle Techniken und modernste Bildanalyseverfahren, um das Innere von Zellen abzubilden und zu simulieren. Experimentelle Daten aus der Elektronenmikroskopie, der superauflösenden Lichtmikroskopie, omics und der Live-Zell-Bildgebung werden mit multi-skaligen Simulationen und Methoden der künstlichen Intelligenz kombiniert, um neue Erkenntnisse über bakterielle Resistenzen, Entzündungen, neurodegenerative Erkrankungen und die Immunabwehr zu gewinnen.

RNA-basierte Prozesse

Die RNA-Forschung hat an der Goethe-Universität eine lange Tradition. Unser interdisziplinärer Ansatz zum besseren Verständnis der RNA-Faltung und RNA-Regulation ist einzigartig. In den letzten 20 Jahren ist es uns gelungen, grundlegende Prinzipien und Mechanismen der RNA-Struktur und Regulation zu entschlüsseln, Erkenntnisse, die in die Neurowissenschaft und Arzneimittelforschung einflossen.

Dynamik von Membranen und Organellen

Proteinverbände und makromolekulare Komplexe in den Zellmembranen spielen in zellulären Prozessen eine zentrale Rolle. Sie transportieren Nährstoffe und Stoffwechselprodukte, übertragen Energie, steuern die Kommunikation innerhalb und zwischen den Zellen und interagieren mit Krankheitserregern. Sie sind schwer experimentell zugänglich und bisher nur teilweise verstanden. Forschende unseres Profilbereichs arbeiten daran, Grundprinzipien ihrer Funktion zu entschlüsseln, z.B. wie sich Membranproteine organisieren, um chemische Reaktionen in überfüllten Zellen zu steuern und Signale zur richtigen Zeit am richtigen Ort auszulösen.

Neuronale molekulare und zelluläre Architekturen

Im Rahmen dieses Schwerpunktes werden die Grundprinzipien von Neuronen als informationsverarbeitende Zellen, die Regulation neuronaler Verbindungen und die räumlich-zeitliche Dynamik der Wahrnehmung erforscht. Blutgefäße werden zunehmend als wichtige Signalsysteme erkannt, die die Entwicklung und Homöostase des Zentralnervensystems regulieren. Forschende unseres Profilbereichs untersuchen unter anderem die Verbindungen zwischen dem Nerven- und Blutgesäßsystem, die Rolle der RNA bei der neuronalen Plastizität und wie ein Versagen homöostatischer Prozesse zu Krankheiten führen kann.

Lichtbasierte Werkzeuge

Ort und Zeitpunkt sind bei den Lebensprozessen in Zellen und Geweben von großer Bedeutung. Im Profilbereich werden Optogenetik und Optochemie kombiniert, um genetisch kodierte Proteine oder andere Moleküle (Lipide, RNA usw.) schnell und präzise ein- bzw. auszuschalten. Diese Techniken werden eingesetzt, um so unterschiedliche biologische Prozesse wie z.B. synaptische Übertragung, Membranbiologie, intrazellulären Transport und Zellbewegung zu untersuchen.

Molekulare und funktionelle Charakterisierung der selektiven Autophagie

Selektive Autophagie ist ein intrazellulärer Prozess, der dafür sorgt, dass Zellkomponenten von der Zelle entsorgt werden können. Dieser Prozess ist für gesunde Zellen unerlässlich, und Fehler bei seiner Regulation führen zu Problemen für den Organismus. Frankfurt ist ein wichtiger Technologie-Hub für dieses Thema. Forschende unseres Profilbereichs haben bereits Erkenntnisse über die molekularen Grundlagen der Autophagie und ihrer Regulation, über die Funktionen einzelner selektiver Autophagiewege sowie über die Rolle der Autophagie bei menschlichen Krankheiten beitragen können.

Kooperationen, Initiativen, Förderungen

Der Profilbereich "Structure & Dynamics of Life" vernetzt Spitzenforschung. Erfahren Sie mehr über unsere aktuellen Projekte – von DFG- und EU-Förderungen bis hin zu renommierten Einzelforschungen wie ERC-Grants oder LOEWE-Professuren. Hier finden Sie eine Übersicht.