Forschung
Wie Nervenzellen miteinander kommunizieren, sich aus einer Eizelle ein komplexer Organismus entwickelt, Fracht innerhalb von Zellen transportiert wird oder sich ein Organismus regeneriert – Wissenschaftler*innen unseres Instituts sind den molekularen Vorgängen auf der Spur, die komplexe Lebensprozesse steuern und regeln. So ohne Weiteres lassen sich diese allerdings nicht beobachten. Sie spielen sich im Nanokosmos der Zelle ab und sind damit für unser Auge unsichtbar. Mit gängigen Mikroskopen lassen sich zwar Bakterien aufspüren oder einzelne Körperzellen betrachten. Man erfährt aber kaum etwas darüber, was sich tief im Inneren lebender Zellen abspielt.
Geschärfter Blick auf belebte und unbelebte Materie
Ein Schwerpunkt der Forschungsarbeit an unserem Institut ist es daher, spezielle Verfahren zu entwickeln, die Einblicke in die Welt der Moleküle erlauben. Ultra-hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie, Kernspinresonanz-Spektroskopie, Kryo-Elektronenmikroskopie und Computersimulationen sind einige solcher Methoden, die erfolgreich eingesetzt werden, um Proteine – die winzigen Nanomaschinen lebender Zellen – unter die Lupe zu nehmen. Dabei gilt es, den Tricks auf die Schliche zu kommen, mit denen Proteine ihre vielfältigen Funktionen in der Zelle erfüllen, beispielsweise als molekulare Motoren, Chemiefabriken, Fotozellen oder Sensoren. Forschende entwickeln darüber hinaus neuartige experimentelle Werkzeuge auf der Basis kurzer, laserinduzierter Elektronenpulse, um die strukturelle und elektronische Dynamik in Festkörpern, Nanostrukturen und Oberflächen zu untersuchen.
Wie wird der Bauplan des Lebens umgesetzt?
Wissenschaftler*innen erforschen hier, wie die Baupläne für die Proteine zunächst in eine lesbare Form gebracht werden und sind der Funktionsweise der zellulären Proteinfabriken – den Ribosomen – auf der Spur. Nur korrekt gebaut können Proteine ihre Aufgaben in der Zelle erfolgreich erfüllen. Wie die Qualitätskontrolle beim Bau der Proteine funktioniert, dieser Frage gehen Forschende an unserem Institut im Detail nach.
Funktion von Gehirn und Nervenzellen verstehen
Als weiteren Schwerpunkt wollen wir grundlegende molekulare und zelluläre Prozesse im Nervensystem aufklären und entschlüsseln, wie pathologische Störungen entstehen. Wichtige Fragen, denen die Forschenden nachgehen, sind: Welche Mechanismen steuern die Gehirnentwicklung? Welche Rolle spielen Kanalproteine bei der Übertragung von Signalen innerhalb der Zelle und bei der Entstehung von Krebs? Was sind die molekularen Grundlagen von Lernen und Gedächtnis?
Von der Sonnenenergie zur Bewegung - molekulare Dynamik
Ebenso lassen sich viele Erscheinungen der unbelebten Natur auf molekulare Prozesse zurückführen. So reagieren viele Moleküle, Radikale und Atome in der Atmosphäre miteinander, nachdem sie durch Sonneneinstrahlung erzeugt und angeregt worden sind. Ihre innere molekulare Dynamik zu untersuchen, ist ein weiterer Forschungszweig bei uns.