Lebende Zellen sind faszinierend. Zum Beispiel bewegen sie sich, nehmen Nahrung auf, wachsen, teilen sich und reagieren auf ihre Umwelt. Darüberhinaus können Zellen untereinander kommunizieren und sogar multizelluläre Organismen bilden. Dieses Verhalten wird durch subzelluläre Prozesse erzeugt, welche aus Wechselwirkung vieler verschiedener Proteine erwachsen. Es gibt inzwischen starke Hinweise, daß Zellen intern modular organisiert sind. Unsere Forschung zielt darauf, spezifische Module zu verstehen, indem wir sie als dynamische Systeme analysieren. Zu diesem Zweck benutzen wir Methoden der Statistischen Mechanik außerhalb des thermodynamischen Gleichgewichts und der Nichtlinearen Dynamik. Der Leitgedanke in diesem Bestreben ist die wesentlichen Komponenten eines Moduls zu identifizieren, was in der Folge ein Verständnis möglicher Mechanismen erlaubt. Dieses Vorgehen soll uns insbesondere ermöglichen, Mechanismen herauszuarbeiten, die verschiedene Modulen gemein sind. Insbesondere beschäftigen wir uns zur Zeit mit dem Zytoskelett eukaryotischer Zellen und dem Min-System in Escheria coli

Das Zytoskelett ist eine subzelluläre Struktur, die z.B. für die Zellteilung und die Zellfortbewegung wichtig ist. Es besteht zum Großteil aus fadenartigen Proteinkomplexen, hauptsächlich Aktin-Filamenten und Mikrotubuli, welche über eine Vielzahl assoziierter Proteine miteinander wechselwirken. Insbesondere erzeugen Motorproteine wie Myosine oder Kinesine Kräfte in diesem Filamentnetzwerk, indem sie die chemische Energie von ATP in mechanische Arbeit umwandeln. Zellen haben eine Vielzahl von Mechanismen zur Verfügung, um den Zustand des Zytoskeletts zu kontrollieren und zu regulieren. Experimente in vitro haben jedoch gezeigt, daß Motor-Filament-Systeme sich selbstorganisieren können. Uns interessiert wieviel der Reorganisation des Zytoskeletts in lebenden Zellen durch Selbstorganisation verstanden werden kann. Außerdem untersuchen wir mechanische Eigenschaften des Zytoskeletts.

Forschungsprojekt "Physikalische Beschreibung des Zytoskeletts".
Durch die Deutsch-Französische Hochschule geförderte Partnerschaft zwischen deutschen und französischen Forschergruppen.
Deutsch-Französische Hochschiule
  

Ein entscheidender Punkt im Laufe einer Zellteilung ist die Bestimmung der Teilungsebene. In Escherichia coli, einem stäbchenförmigen Bakterium erfolgt die Teilung mit hoher Genauigkeit in der Mitte seiner Längsachse, was zu zwei gleichgroßen Tochterzellen führt. Die Bestimmung der Zellmitte beruht wesentlich auf dem Min-System. Dieses System besteht aus den Proteinen MinC, MinD, und MinE, wobei MinC ein unspezifischer Inhibitor der Zellteilung ist. Die Min-Proteine oszillieren von einem Zellende zum anderen mit einer Periode von etwa einer Minute. Dadurch wird die Teilung in der Nähe der Zellpole verhindert, nicht jedoch zwischen ihnen. Zusätzlich zu theoretischen Untersuchungen möglicher Oszillationsmechanismen, benutzen wir Fluoreszenzmikroskopie, um die Verteilungen der Min-Proteine in Raum und Zeit quantitativ zu charakterisieren.