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Forschungsprojekte im Bereich NanoBioMed
Deutsche Forschungsgemeinschaft
SFB/TRR 219
Projektleiter: Danilo Fliser, Innere Medizin
Förderzeitraum: seit 2018
Sprecherhochschule: RWTH Aachen
Patients with chronic kidney disease (CKD) exhibit a massively increased risk for cardiovascular events: 50% of patients with CKD stage 4‐5 suffer from cardiovascular disease. Cardiovascular mortality accounts for about 40 to 50% of all deaths in patients with CKD stage 4 as well as patients with end‐stage renal disease, compared with 26% in controls with normal kidney function. Alterations in the circulation as well as in the myocardium crucially contribute to the increased cardiovascular risk in patients suffering from CKD. However, the molecular mechanisms as well as the mediators involved are largely unexplored. By collaborative and translational research based on existing interactions between groups of different clinical and methodological expertise, this project pursues an overall long‐term goal to gain understanding of the renal and cardiovascular interactions. This may contribute to the development of novel treatment strategies to decrease cardiovascular risk in CKD patients.
SFB/TRR 152
Projektleiter: Veit Flockerzi, Experimentelle und Klinische Pharmakologie und Toxikologie
Förderzeitraum: seit 2014
Sprecherhochschule: LMU München
Transient receptor potential (TRP)-Kanäle sind eine große Proteinfamilie mit zentralen Rollen als vielseitige zelluläre Sensoren und Effektoren. TRP-Proteine steuern ein außergewöhnlich breites Spektrum homöostatischer physiologischer Funktionen: Mehr als zwanzig menschliche Erbkrankheiten werden durch Mutationen in zwölf Trp-Genen hervorgerufen. Die meisten TRP-Kanal-Erkrankungen wirken sich auf Entwicklung, Metabolismus und andere homöostatische Körperfunktionen aus. Ein detailliertes Verständnis der zugrunde liegenden Pathophysiologie fehlt jedoch. Der Sonderforschungsbereich konzentriert sich daher auf die Physiologie und Pathophysiologie von TRP-Ionenkanälen. Entwickelt werden neue molekulare Werkzeuge und Techniken zur Analyse von TRP-Kanalfunktionen. Dies soll spezifische und maßgeschneiderte Therapieoptionen für Patienten möglich machen, deren Erkrankungen durch dysfunktionelle TRP-Proteine mitverursacht werden.
SFB 1027
Projektleiter: Heiko Rieger, Statistische Physik
Förderzeitraum: seit 2013
SFB 1027 is an interdisciplinary research team that aims to achieve a quantitative understanding of the physical mechanisms at work when biological matter self-organises into complex structures. Such self-organisation allows biological systems to perform dynamic functions including cell migration and polarisation, cell-cell adherence and synaptic transmission, biofilm formation and tissue growth. The project analyses the ways in which large biological molecules and cells interact physically, exert forces, move each other, and self-organise into complex functional patterns on all scales, ranging from proteins, lipid membranes and cells to biofilms and tissues.
SFB 894
Projektleiter: Jens Rettig, Physiologie
Förderzeitraum: seit 2011
Kalzium-Ionen gehören zu den wichtigsten Signalsubstanzen in eukaryontischen Zellen. Sie verursachen Signaltransduktionskaskaden, die die Ausschüttung von Neurotransmittern und Hormonen, die Kontraktion von Muskelzellen, die Gentranskription und die Befruchtung beeinflussen. Darüber hinaus ist Kalzium ein wichtiger Co-Faktor für viele Enzyme innerhalb und außerhalb der Zelle. Extrazelluläres Kalzium ist entscheidend an der Entstehung und Dauerhaftigkeit von Knochen und Zähnen beteiligt und spielt eine große Rolle bei der Erregbarkeit der Plasmamembran. Ein Fokus des Projekts liegt auf der Entstehung und der räumlich/zeitlichen Ausbreitung elementarer Kalzium-Signale, die präzise molekulare Prozesse in räumlich eng begrenzten Regionen wie der aktiven Zone präsynaptischer Nervenendigungen auslösen. Ein weiterer Fokus liegt auf Zell-, Organ- und Körperfunktionen, die von Kalzium-Signalen ausgelöst werden, wie z.B. der Menstruationszyklus. Durch die Kombination von hochaufgelösten pharmakologischen, elektrophysiologischen, bildgebenden und genetischen Techniken ist das Projekt in der Lage, physiologische und pathophysiologische Auswirkungen der Kalzium-Signale zu untersuchen und zu verstehen.
Internationales GRK 1830
Projektleiterin: Barbara Niemeyer-Hoth, Biophysik
Förderzeitraum: seit 2012
Fehlfunktionen von Membranproteinen können zu schweren Erkrankungen wie Autoimmunerkrankungen, Taubheit, Mukoviszidose, Krebs, Herz-Kreislauf- Störungen oder Alzheimer führen. Zudem bewirken Aktivitätsänderungen dieser Proteine dramatische Veränderungen in Entwicklungs- und Anpassungsprozessen tierischer und pflanzlicher Zellen. Im Graduiertenkolleg werden ausgewählte Membranproteine, deren Targeting und Translokation, Mechanismen der Proteinfaltung und ihre Rolle in Entwicklungsprozessen sowie bei bestimmten Krankheiten untersucht. Die wissenschaftlichen Ziele sind die Entschlüsselung grundlegender Mechanismen der Kontrolle der Abundanz und der Aktivität von Membranproteinen, die Aufklärung ihrer biochemischen und funktionellen Eigenschaften und die Charakterisierung der jeweiligen Proteine im physiologischen Kontext unter normalen und pathologischen Bedingungen. Das Graduiertenkolleg bietet einen einzigartigen Zugang zu ausgewählten Modellsystemen und eine breite Palette anspruchsvoller experimenteller Ansätze, wodurch ein hervorragendes Umfeld für die Doktorandenausbildung entsteht.
FOR 2289
Projektleiter: Veit Flockerzi, Experimentelle und Klinische Pharmakologie und Toxikologie
Förderzeitraum: seit 2015
Der in den letzten Jahren erfolgte Paradigmenwechsel im Verständnis der Multiplen Sklerose (MS) hat zu unterschiedlichen Hypothesen im Hinblick auf die Sequenz pathophysiologischer Abläufe geführt, insbesondere darüber, welche Zelltypen initial betroffen sind und weitere pathologische Veränderungen in Gang setzen. Alle betroffenen Kompartimente (das Immunsystem, die neurovaskuläre Einheit, Gliazellen und Neurone/Axone) werden kalziumabhängig reguliert. Kalzium spielt nicht nur eine Rolle bei der Regulation intrazellulärer Signalwege, sondern dient der Kommunikation und Verbindung zwischen den verschiedenen Kompartimenten. Aufgrund des ubiquitären Vorkommens von Kalzium und seiner Bedeutung sowohl für intrazelluläre als auch interzelluläre und Netzwerkprozesse, ist das Verständnis der Faktoren, die bei der MS zu Störungen der Kalzium-Homöostase führen, bedeutsam. Die interdisziplinäre Forschungsgruppe hat sich zum Ziel gesetzt, prinzipielle kalziumabhängige Krankheitsprozesse der MS zu erkennen, innovative Methoden insbesondere der Bildgebung zu entwickeln und Angriffspunkte für neue Therapien zu finden.
Emmy Noether‐Nachwuchsgruppe
Projektleiter: André Schäfer, Chemie
Förderzeitraum: seit 2016
In diesem Projekt werden neue ansa‐Verbindungen der Hauptgruppenelemente untersucht. Neben der Synthetisierung und Charakterisierung liegt der Fokus auf Anwendungen in den Bereichen Ringöffnungspolymerisationen, Katalyse und Bindungsaktivierungsprozesse. Zusätzlich zum Zentralatom werden auch die ansa‐Verbrückung zwischen den Cp‐Liganden und das Substitutionsmuster der Cp‐Liganden systematisch variiert und der damit einhergehende Einfluss auf die Reaktivität untersucht.
Forschungsgruppe 2688
Projektleiter: Christian Wagner, Physik
Förderzeitraum: seit 2019
Pulsierende Strömungen sind in industriellen Prozessen und in biologischen Systemen allgegenwärtig. Das prominenteste Beispiel sind kardiovaskuläre Strömungen, aber auch Strömungen in Motoren, Maschinen und Pumpen haben typischerweise pulsierende Komponenten. In der Praxis sind perfekt stationäre Strömungen technisch schwierig zu realisieren und die meisten Strömungen haben eine oszillierende oder zumindest eine nicht stationäre Komponente, die dem System eine zusätzliche Zeitskala aufprägt. Nichtsdestotrotz betrachten die meisten Arbeiten wie zum Beispiel über Rohr- und Kanalströmungen bei kleinen und großen Reynoldszahlen (Re) nur einen konstanten Antrieb. Pulsierender Antrieb führt aber zu qualitativ anderen Instabilitätsszenarien, sowohl in Newtonschen als auch in komplexen Flüssigkeiten. Die pulsierende Beschleunigung der Flüssigkeit kann aber zu neuen Instabilitäten führen oder die Kopplung mit der internen Zeitskala in komplexen Flüssigkeiten kann die Grundströmung oder die Struktur der Migration von Teilchen destabilisieren. Diese Instabilitäten können schwerwiegende technische Probleme aufgrund von Strömung-Wand-Wechselwirkung und Resonanzphänomenen mit sich ziehen. So können kaustische Brüche in Rohrleitungen auftreten oder Strömungsinstabilitäten das Risiko von kardiovaskulären Erkrankungen vergrößern.Beim Verständnis des laminar-turbulenten Übergangs in Newtonschen Flüssigkeiten wurden in jüngster Zeit große Fortschritte gemacht. Allerdings ist der Einfluss eines pulsierenden Antriebs deutlich weniger gut verstanden. Das Gleiche gilt für die Strömungsgeometrie, die in den meisten Arbeiten bzgl. der primären Instabilität möglichst einfach gehalten wird, obwohl in der Anwendung in der Regel komplexere Geometrien als Röhren und Kanäle relevant sind. Darüber hinaus wird auch der Einfluss von nicht-Newtonschen Effekten auf das Strömungsverhalten meistens vernachlässigt, auch wenn die Rolle von Polymeren oder Suspensionen von größter praktischer Relevanz ist. Während in Newtonschen Flüssigkeiten die Instabilitäten aufgrund von Trägheitseffekten auftreten, sind es in komplexen Flüssigkeiten Wechselwirkungen zwischen den Teilchen oder elastische Spannungen, die zu neuen Instabilitäten führen. Ein bekanntes Beispiel ist die viskoelastische Turbulenz. In Suspensionen, wie z.B. Aufschlämmungen oder Blut, sind der Transport und die Migration der Teilchen mit der Strömung gekoppelt und Teilchen können zur Mitte des Kanals oder davon weg migrieren, was wiederum die makroskopischen Strömungseigenschaften beeinflusst. Blut zeigt dazu noch ein stark scherverdünnendes Verhalten, ist viskoelastisch und die Gefäßwände sind deformierbar. Es ist ein zentrales Ziel dieser Forschungsgruppe zu klären, welche dieser Beiträge die Strömungsinstabilitäten in vaskulärer Strömung dominieren.
Emmy Noether Nachwuchsgruppe
Projektleitung: Hilke Bahmann, Physikalische und Theoretische Chemie
Förderzeitraum: seit 2019
Die computergestützte Simulation einzelner Moleküle, auch molekulare Modellierung genannt, wird in der Grundlagenforschung und zunehmend auch in der Industrie eingesetzt, um neue Materialien zu finden, effizientere Katalysatoren zu entwickeln oder medizinische Wirkstoffe zu verbessern. Häufig sind mikroskopische Effekte auf subatomarer Ebene entscheidend für makroskopische Eigenschaften, so dass eine verlässliche und genaue Beschreibung der Elektronenstruktur eine wichtige Voraussetzung für die oben genannten Studien ist. Die Elektronenstruktur kann mit diversen quantenchemischen Methoden berechnet werden, wobei die Dichtefunktionaltheorie am populärsten ist. Zwei derzeit wichtige Einschränkungen der zur Verfügung stehenden Dichtefunktionale sind konstante, systemabhängige Parameter und eine unzureichende Beschreibung starker Korrelationseffekte zwischen Elektronen.
Um die Vorhersagekraft der Dichtefunktionaltheorie für Modellsysteme der heterogenen Katalyse und Hybridmaterialien zu verbessern, werden in diesem Projekt verschiedene Methoden entwickelt, die sich an die lokale Elektronenstruktur anpassen und zusätzliche physikalische Größen beinhalten, um starke Korrelation explizit zu beschreiben. Ein zweiter wichtiger Aspekt ist die effiziente Implementierung in ein renommiertes, quantenchemisches Programmpaket, damit die neuen Methoden unmittelbar auf chemisch und physikalisch relevante Systeme angewendet werden können und einer breiten Anwendergemeinschaft zur Verfügung stehen.
Bundesministerium für Bildung und Forschung
Projektleiter: Jürgen Eschner, Arbeitsgruppe Quantenphotonik und Christoph Becher, Arbeitsgruppe Quantenoptik
Förderzeitraum: 2021-2023
In QSync soll mit Hilfe der Quantentechnologie eine langstreckenfähige Kommunikationsplattform mit synchronisierten Quantenknoten demonstriert werden. Es werden hier zwei Systeme (einzelne Ionen und Farbzentren in Diamant) in einem verlegten Glasfasernetz gekoppelt und entsprechende optische Schnittstellen zur Signalübertragung erforscht. Das Vorhaben kann die Quantenkommunikation erheblich vorantreiben.
Projektleiter: Jürgen Eschner, Arbeitsgruppe Quantenphotonik, und Andreas Schütze, Arbeitgsruppe Messtechnik
Förderzeitraum: 2021-2024
Mit QuFabLabs wird ein Bildungs- und Kollaborationsökosystem im Bereich der Quantensensoren geschaffen. Kompetenzaufbau, Fachkräfteentwicklung und interdisziplinäre Zusammenarbeit für Sensorsysteme der zweiten Quantengeneration im Maschinen- und Anlagebau stehen im Vordergrund.
Das Verbundvorhaben wird von der Hochschule Ruhr West/Institut für Informatik Bottrop geleitet. Neben der Universität des Saarlandes sind noch die Hochschule Niederrhein/Kompetenzzentrum FAST, das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und System sowie der w.i.r.i. e.V. an der Projektumsetzung beteiligt.
Projektleiter: Christoph Becher, Arbeitsgruppe Quantenoptik
Förderzeitraum: 2021-2025
Im Vergleich zu klassischen Computern können Quantencomputer komplexe Berechnungen wesentlich effizienter durchführen. Dank dieses Geschwindigkeitsvorteils können Probleme berechenbar werden, die mit klassischen Computern als unlösbar gelten. Für praktische Anwendungen braucht es jedoch Systeme, die mit einer deutlich größeren Anzahl an Quanten-Bits (Qubits) arbeiten können als bisher möglich.
In QPIC-1 soll eine neuartige Plattform für einen Quantencomputer entwickelt werden, bei dem einzelne Lichtteilchen (Photonen) als Qubits verwendet werden. Dazu braucht es sowohl neuartige Quellen zur Erzeugung von Quantenlicht als auch integrierte photonische Schaltkreise, in denen die Informationsverarbeitung stattfindet. Mit den Arbeiten und Entwicklungen in QPIC-1 sollen Quantencomputer praxistauglich für echte Anwendungen gemacht werden.
Die Projektkoordination hat die Techniche Universität München – Walter Schottky Institut inne. Neben der Universität des Saarlandes arbeiten in dem Verbundvorhaben noch sechs weitere Partner.
Projektleiter: Christoph Becher, Arbeitsgruppe für Quantenoptik und Jürgen Eschner, Arbeitsgruppe für Quantenphotonik
Förderzeitraum: 2021-2024
Die Quantenkommunikation trägt entscheidend zur sicheren Übertragung von Daten bei. Über weite Strecken stößt die bisherige Quantenkommunikation jedoch an ihre Grenzen. Zur Überwindung dieser Grenzen sind Quantenrepeater notwendig. Neuartige Quantenrepeater sollen in QR.X umgesetzt und unter realen Bedingungen getestet werden. Das Projekt leistet einen essenziellen Beitrag zum Aufbau von Quantenkommunikationsinfrastrukturen zur abhörsicheren Übertragung von Daten. Insgesamt arbeiten hier 25 Einrichtungen aus Deutschland zusammen, darunter Universitäten, Forschungseinrichtungen und Unternehmen.
Die Verbundkoordination liegt bei der Universität des Saarlandes (Christoph Becher).
Projektleiter: Christoph Becher, Arbeitsgruppe Quantenoptik
Förderzeitraum: 2021-2024
Zur Anbindung von Quantenknoten an Quantennetzwerke müssen die Frequenzen bzw. Wellenlängen von einzelnen Photonen gezielt an den Standard des Kommunikationskanals angepasst werden (Quantenfrequenzkonversion). In dem Projekt HiFi werden Quantenfrequenzkonverter und die zugrundeliegenden Basistechnologien systematisch weiterentwickelt.
Dazu kommt Expertise aus den Bereichen Quantentechnologie, Optik, Laser-, Faser-, Automatisierungs-, Aufbau- und Verbindungs- und Produktionstechnik zusammen. Neben der AG Quantenoptik der Universität des Saarlandes sind noch weitere fünf Partner an dem Vorhaben beteiligt. Geleitet wird es von der Menlo Systems GmbH.
Projektleiterin: Giovanna Morigi, Theoretische Quantenphysik
Förderzeitraum: 2022-2025
In dem Projekt sollen Quantenalgorithmen entwickelt werden, die vom Rauschen profitieren. Es soll ein konzeptioneller Rahmen entwickelt werden, in dem Quantenalgorithmen als selbstorganisierender Prozess mit einem Zusammenspiel von Rauschen und kohärenter Quantendynamik verstanden werden. Das Projekt wird von der Universität des Saarlandes geleitet. Daneben forschen hier noch die Freie Universität Berlin, Das Forschungszentrum Jülich, das Deutsche Elektronen-Synchrotron, die Qruise GmbH sowie IBM Research Europe als assoziierter Partner.
Projektleiter: Rolf Pelster, Experimentalphysik und Didaktik der Physik
Förderzeitraum: 2020-2022
QUANTAG soll Menschen die Quantentechnologie näherbringen. Mit der Kinderuni „Quantenwelten“, Schülerlaboren, Bürgervorlesungen, Lehrerfortbildungen oder einem Probestudium „Quantentechnologie im Alltag“ sollen unterschiedliche Bevölkerungsgruppen unterschiedlichen Alters und unterschiedlichen Bildungslevel mehr zu dem Thema erfahren und es begreifen können.
Projektleiter: Thorsten Lehr, Klinische Pharmazie
Individualisierte mathematische bzw. systemmedizinische Modelle zur Entwicklung von Krankheitsprozessen haben das Potenzial, zukünftige Gesundheitsereignisse und das individuelle Therapieergebnis vorherzusagen. Sie können Ärzte bei der Diagnose und Behandlung der Patienten unterstützen und Patienten helfen, ihre Erkrankung besser zu verstehen. Für die Entwicklung dieser Modelle müssen unter Sicherstellung des Datenschutzes in großem Umfang klinische Patientendaten zusammengetragen, harmonisiert und analysiert werden. Die so gewonnenen Vorhersagemodelle müssen anschließend in klinischen Studien auf ihre Vorhersagegenauigkeit überprüft werden, bevor sie in der Praxis eingesetzt werden können. Bislang haben dies nur wenige Modelle geschafft. Am Beispiel der Blutstammzelltransplantationen will das Verbundvorhaben den Prozess der Modellentwicklung durch innovative Softwarewerkzeuge erleichtern und beschleunigen. Ziel ist es, individualisierte Vorhersagemodelle für den Therapieverlauf nach Stammzelltransplantationen bereitzustellen.
Projektleiter: Christoph Wittmann, Systembiologie
Förderzeitraum: 2017-2024
Omega-3-Fettsäuren spielen eine wichtige Rolle in unserer Ernährung. Sie fördern die Entwicklung des Gehirns, besonders bei Neugeborenen, verbessern die Durchblutung und schützen die Gelenke. Neue Studien bescheinigen insbesondere Docosapentaensäure (DPA) und Eicosatetraensäure (ETA) eine gesundheitsfördernde Wirkung. Aufgrund der geringen Gehalte kommen herkömmliche Extraktionsverfahren auf Basis von Fischölen nicht für die Gewinnung von n-3 DPA- oder ETA in Betracht. In Zusammenarbeit mit dem saarländischen Biotechnologie-Unternehmen MyBiotech und dem Team von Rolf Müller (Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland) zielt das Projekt auf die Entwicklung eines neuartigen Herstellungsverfahrens für seltene Omega-3-Fettsäuren wie DPA und ETA. Neu entdeckte biochemische Synthesewege sollen die effiziente Herstellung dieser komplexen Moleküle in Mikroorganismen ermöglichen. Das Projekt arbeitet an der Entwicklung maßgeschneiderter Zellfabriken in der nicht-konventionellen Hefe Yarrowia lipolytica zur gezielten Synthese der neuen Produkte sowie an der Entwicklung von Fermentationsprozessen zur Herstellung.
Verbundvorhaben
Projektleiter: Christoph Wittmann, Systembiotechnologie
Förderzeitraum: 2020-2023
Extremolyte sind kleine Moleküle mit denen sich Mikroorganismen effektiv vor extremen Umweltfaktoren wie Hitze, Kälte, Trockenheit oder Strahlung schützen. Die Substanzen werden dabei von den Mikroben synthetisiert und im Inneren angereichert, wo sie einen Schutzfilm um Eiweiße und andere empfindliche Zellbestandteile bilden und diese stabilisieren. Dies ermöglicht den Kleinstlebewesen ein Leben im Extremen - in der Antarktis, in Geysiren oder Salzseen. Die Entdeckung, dass Extremolyte auch Proteine, Membranen und Gewebe des Menschen stabilisieren, indem sie eine schützende Wasserschicht um diese erzeugen, hat eine Fülle vielversprechender Anwendungsmöglichkeiten dieser Substanzen aus der Natur im Bereich Kosmetik und Medizin eröffnet. Das prominente Extremolyt Ectoin findet sich mittlerweile u.a. in Augentropfen, Inhalalationssprays, Nasentropfen und Cremes.
Leider können die meisten Extremolyte aus der Natur bisher nur unzureichend hergestellt werden, da die natürlichen Produzenten Extrembedingungen zum Wachstum brauchen, dabei auch nur Kleinstmengen der gewünschten Substanzen bilden und deshalb ungeeignet für eine wirtschaftliche Produktion sind. EXTRA zielt daher auf die effiziente Synthese von Extremolyten in neuartigen maßgeschneiderten Zellfabriken ab und deren Weiterentwicklung in Richtung wirtschaftliche Produktion ab. Dafür bündeln die Arbeitsgruppen von Christoph Wittmann vom Institut für Systembiotechnologie der Saar-Uni und Rolf Müller vom Helmholtz-Zentrum für Pharmazeutische Wissenschaften auf dem Campus erneut ihre Expertisen des Metabolic Engineering und der Synthetischen Biologie. Weitere Kooperationspartner im Verbund sind das saarländische Start-Up-Unternehmen MyBiotech aus Überherrn, welches geeignete Verfahren zur Aufreinigung der teuren Produkte erforschen wird, sowie die Firma bitop aus Dortmund, Weltmarktführer zur Herstellung von Ectoin, die spätere Herstellungsverfahren entwickeln wird.
Projektleiter: Andriy Luzhetskyy
Förderzeitraum: 2018-2021
The project aims to create a cell factory chassis of streptomyces rimosus with superior growth properties, high robustness, and a tuneable supply of energy, redox equivalents, and building blocks. In order to achieve this goal, the researchers integrate system biology, synthetic biology, and bioprocess engineering to create novel synergies and increase development speed and performance. The project will establish a technology platform to turn this host strain into an industrial vehicle for the production of various bioactive natural products, including antibiotics and anti-cancer drugs.
BMBF Verbundprojekt
Projektleiter: Andriy Luzhetskyy, Christoph Wittmann
Förderzeitraum: 2020-2023
EXPLOMARE befasst sich mit der Erforschung und Entwicklung neuartiger Verfahren zur Gewinnung wertvoller Naturstoffe.
In einem interdisziplinären Ansatz soll eine einzigartige marine Wertschöpfungskette aufgebaut werden. Diese soll die Herstellung neuartiger Wirkstoffe marinen Ursprungs mit maßgeschneiderten Zellfabriken der Gattung Streptomyces ermöglichen. Die Bakterien stammen dabei ebenfalls aus dem Meer. Sie sind daher an hohe Salzgehalte adaptiert, die vermutlich entscheidend für die effektive Funktion mariner Naturstoffsynthese-Wege sind. Naturstoff-Gencluster aus dem Meer können in herkömmlichen terrestrischen Mikroorganismen oft nur schlecht exprimiert werden. Mit Hilfe von synthetischer Biologie und metabolischem Engineering sollen die mikrobiellen Zellfabriken schrittweise aufgebaut werden. Die Etablierung biotechnologischer Verfahren auf Basis der zellulären Minifabriken soll dann später Meeresalgen als Rohstoff nutzen. Diese gelten als einer der zukunftsträchtigsten nachwachsenden Rohstoffe weltweit – können sie doch ohne Dünger, Pestizide und Konkurrenz mit wertvollen Ackerflächen direkt im Meer angebaut werden, wo sie aufgrund ihres schnellen Wachstums bis 70 Meter lang werden und höhere Biomasseerträge liefern als zum Beispiel Mais oder Getreide.
Für die innovative Entwicklung bündeln die Arbeitsgruppen von Christoph Wittmann (Institut für Systembiotechnologie) und Andriy Luzhetskyy (Pharmazeutische Biotechnologie) der Saar-Uni ihre Expertisen. Weitere Kooperationspartner im Verbund sind das saarländische Start-Up-Unternehmen MyBiotech aus Überherrn sowie das Centrum für Biotechnologie der Universität Bielefeld.
Verbundleiter am Universitätsklinikum des Saarlandes (UKS): Michael Zemlin, Allgemeine Pädiatrie und Neonatologie
Projektleiter Universität des Saarlandes (UdS): Daniel J. Strauss, Systemische Neurowissenschaften und Neurotechnologie
Förderzeitraum: 2021-2023
Ziel des „VI-Screen“-Konsortiums ist es, ein Monitoring-System zu entwickeln, das mit kontaktlosen Messverfahren über optische und akustische Sensoren infektiöse Atemwegserkrankungen bei Kindern, Jugendlichen und Erwachsenen diagnostizieren kann. Das Projekt wird in der Förderlinie „Zivile Sicherheit“ des BMBF gefördert. Im Rahmen des Projektes sollen die technischen Voraussetzungen geschaffen werden, um den Eintrag potenziell pandemischer Erreger in Kliniken und andere öffentliche Gebäude zu verhindern.
Hierzu werden in zwei Kliniken des UKS (Allgemeine Pädiatrie und Neonatologie, Innere Medizin V) Messstationen errichtet um Daten und Probenmaterial von Patienten mit klassischen Symptomen von Atemwegserkrankungen zu sammeln und zu prüfen in wie weit eine eindeutige Abbildung der kontaktlosen Messdaten auf die Ergebnisse der labordiagnostischen Verfahren möglich ist.
Von den Verbundpartnern (UdS, UKS und Technische Universität Berlin) werden die Sensorplattformen und die Datenverarbeitung entwickelt, Bioproben erhoben und ausgewertet, sowie datenschutzrechtliche sowie ethische Aspekte von Datensammlung, -verarbeitung und -speicherung wissenschaftlich bearbeitet.
Europäische Kommission
ERC Consolidator Grant
Projektleiter: Robert Ernst, Medizinische Biochemie und Molekularbiologie
Förderung: seit 2020
When membranes get overcrowded with proteins
Lipids and proteins are two of the most fundamental building blocks of life. Despite their central importance for all cellular life, it remains unknown how individual cells can balance the production of proteins and lipids. Yet, it is clear that aberrant regulation can lead to cellular stress and – if perpetuated – to complex inflammatory and metabolic diseases.
MemDense funded by an ERC consolidator grant, addresses one of the most fundamental questions in cell biology: How do cells know when to stop making proteins and when to start making more membrane lipids. By establishing cutting-edge techniques for the isolation of cellular membranes from stressed and unstressed cells, this project bears the potential to identify new angles of attack to treat complex diseases such as non-alcoholic fatty liver disease and diabetes associated with chronic activation of the so-called unfolded protein response (UPR).
The project focusses on how the endoplasmic reticulum (ER) controls the production of membrane proteins and membrane lipids via the UPR. The ER is a central hub for the synthesis, folding, maturation, and packaging of secretory and membrane proteins, but at the same time a hotspot for the production of most phospholipids and sterols. Given these important functions, it is not surprising that ER dysfunction leads to stress and sometimes even cell death. MemDense aims to dissect how an overcrowding of the ER with membrane proteins triggers a large-scale cellular response, which -depending on the context- can be help cells survive or kill them. The ultimate vision is establishing a strategies to counteract chronic activation of the UPR by modulating the composition of the ER membrane.
Projektleiter: Frank Kirchhoff, Physiologie
Förderzeitraum: 2016-2021
Prompted by exciting discoveries of recent years, many academic research groups are currently focussing their research on the field of neuron-glia interactions for a better understanding of brain function. Also the private sector such as the pharmaceutical industry pays more and more attention to the role of neuroglia in various neuropathologies. These research activities create an increasing demand for young neuroscientists to join academia or industry. To address this need, the EU-GliaPhD consortium initiated a training network in which young scientists are educated in collaborative research projects to study neuron-glia interactions at the molecular, cellular and systems level in the healthy and the diseased brain. A strong emphasis lies on epilepsy, a multi-faceted, chronic neurological disorder characterized by the frequent recurrence of seizures. By studying epilepsy, fundamental questions on the cellular and molecular aspects of neuron-glia interaction can be addressed. Novel insight delivered by EU-GliaPhD may serve as basis for the development of novel strategies in treating brain disorders.
Projektleiter: Christoph Wittmann, Systembiotechnologie
Förderzeitraum: 2018-2022
Plant dry matter, so-called lignocellulosic biomass, is the largest renewable biomass feedstock on Earth. Europe has over 14 mill tons of sugar residuals from biorefineries, which could be converted to profitable products and contribute to a sustainable bioeconomy. Existing biorefineries struggle with technical issues and low profitability due to the lack of adequate fermentation processes. Therefore, these sugars are either incinerated to generate energy or at best converted to ethanol but not to higher value chemicals. The project aims to recover high value compounds from sugar residuals, and to turn fermentation processes converting these residual to antimicrobials cost effective. Thus, iFermenter will render production of high value products with residual sugar stream highly efficient and cost-effective contributing to circular economy.
Projektleiter: Jörn Walter, Genetik
Förderzeitraum: 2017-2022
The consortium aims to develop a systems medicine approach for disease prediction in CID. It will focus on three major CID indications with distinct characteristics: inflammatory bowel disease, systemic lupus erythematodes and rheumatoid arthritis. The consortium joins 15 partners from major cohorts and initiatives in Europe to investigate human data sets on three major levels of resolution: whole blood signatures, signatures from purified immune cell types and selected single cell level analyses. The project employs a dedicated data management infrastructure, strong algorithmic development groups and will validate results in independent retrospective and prospective clinical cohorts. It will foster the development of solid biomarkers and models as stratification in future long-term systems medicine clinical trials but also investigate new causative therapies by editing the epigenome code in specific immune cells.
ERC Proof of concept
Projektleiterin: Gentiana Wenzel, Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde
Förderzeitraum: 2018-2019
An estimated 360 million people worldwide are living with disabling hearing impairment. Unaddressed hearing loss poses an annual global cost of 750 billion international dollars. Interventions to prevent, identify and compensate or cure hearing loss are cost-effective and can bring great benefit to individuals. Currently available auditory prostheses based on mechanical or electrical energy are not sufficiently supplying the hearing impaired population. Light can be very well focused, can be applied without the need of direct contact and may be the alternative energy for the stimulation of the hearing organ. A novel activation strategy of each individual frequency of the hearing spectrum uses monochrome laser pulses. It has the advantage of a non-contact, very precise energy transfer in vibratory structures. The project will test the market, build up the cooperation with industry partners and ask for ethical approvals for the first clinical studies. It will also work on to coding speech and more complex sounds using the optoacoustic vibrations and improve loudness modulation within the biocompatibility margins.
Innovative Training Network
Projektleiter: Lars Kaestner, Physik/Zellbiologie
Förderzeitraum: 2020-2023
Red blood cells (RBCs) perform many functions critical to the well-being of all other cells in the body. Inadequate amounts of RBC or a disturbance in their function can have far-reaching detrimental impact. However, although RBCs have been quite well-studied in preparation, the mechanisms of their dynamic physiology as they travel throughout the body are largely unknown. This makes it impossible to know what properties engineered RBCs should have to truly mimic naturally produced ones. EVIDENCE is tackling this challenge with experimental and theoretical methods to evaluate RBCs under physiological flow conditions and in vivo. Outcomes may eventually support capabilities to safely supply RBCs globally via a functional in vitro spleen-on-a-chip.
Horizon 2020 – ERC Synergy Grant
Projektleitung: Prof. Dr. Jens Rettig (Zelluäre Neurophysiologie/CIPMM) / Prof. Dr. Dieter Bruns (Molekulare Neurophysiologie/CIPMM)
Förderzeitraum: 2021-2027
Zytotoxische T-Lymphozyten (CTL) produzieren zytotoxische Proteinkomplexe bzw. supramolekulare Angriffspartikel (SMAP), die infizierte Zellen und Krebszellen eliminieren. Supramolekulare Angriffspartikel bestehen aus einer äußeren Kernstruktur und bilden sich in den sekretorischen Granula zytotoxischer T-Lymphozyten.
Im EU-finanzierten Projekt ATTACK analysieren Spitzenforschende aus dem Bereich Immunologie im Detail die Erzeugung von SMAP sowie deren Wirkungsweise und Eliminierung von Krebszellen. Auf dieser Basis sollen dann natürliche SMAP isoliert oder SMAP synthetisch und unabhängig von zytotoxischen T-Lymphozyten erzeugt werden, um daraus Krebsmedikamente zu entwickeln. Der vorgeschlagene Ansatz kann allein oder in Kombination mit biotechnologischen T-Zellen zum Einsatz kommen.
Horizon Europe – Health | Verbundprojekt
Projektleitung: Prof. Thorsten Lehr (Klinische Pharmazie)
Förderzeitraum: 2022-2025
Unerwünschte Arzneimittelwirkungen (UAW) stellen eine große Belastung für unsere Gesundheits- und Wirtschaftssysteme dar. Allein in Europa sind jährlich etwa 197.000 Todesfälle auf unerwünschte Arzneimittelwirkungen zurückzuführen. Die regelmäßige gleichzeitige Einnahme von fünf oder mehr Medikamenten (Polypharmazie), das gleichzeitige Vorliegen von zwei oder mehr langfristigen Beschwerden oder Krankheiten (Komorbidität) und die genetische Vielfalt wirken sich erheblich auf die Wirksamkeit von Arzneimitteln aus und erhöhen folglich die Häufigkeit und den Schweregrad von UAW.
Das internationale Team des EU-Forschungsprojekts SafePolyMed hat sich zum Ziel gesetzt, Ärzten und Apothekern innovative Instrumente zur Verfügung zu stellen, mit denen sie Wechselwirkungen zwischen Arzneimitteln, insbesondere die so genannten Arzneimittel-Gen-Wechselwirkungen (DDGI), definieren, bewerten und handhaben können, um die Sicherheit der Arzneimitteltherapie insgesamt zu erhöhen.
Insgesamt werden die geplanten Instrumente nicht nur die Leistungserbringer im Gesundheitswesen unterstützen, sondern auch die Patienten und Bürger darüber aufklären, wie sie ihre Arzneimittelbehandlungen angemessen und sicher verwalten können.