Biologische Informationsprozesse verstehen und nutzen

Die Informationsverarbeitung in lebenden Zellen ist ein außergewöhnlich effizienter Vorgang. Dabei unterscheiden sich die biologischen Prozesse und Mechanismen der Detektion, Integration und Prozessierung äußerer Signale grundlegend von denen der heutigen Informationstechnologien. Wir nutzen die Kombination aus Experiment, Theorie und Simulation zur quantitativen Untersuchung dieser Informationsprozesse. Unser Ziel ist es, die molekularen und zellulären Mechanismen der Informationsverarbeitung zu verstehen und zur Entwicklung einer revolutionär neuen Informationsverarbeitung nach biologischem Vorbild beizutragen.

Schwerpunkte unserer Forschung

Angefärbtes neuronales Netzwerk

Zellkommunikation

Wir erforschen, wie Zellen und Zellverbände miteinander kommunizieren, indem sie chemische und elektrische Signale austauschen. Ein Schwerpunkt liegt auf der Signalverarbeitung im menschlichen Gehirn.

Angefärbtes Zellskelett

Biomechanik von Zellen

Wir erforschen die Biomechanik lebender Zellen mit modernen Methoden der Biophysik und Zellbiologie. Dabei interessieren wir uns für die Mechanik der Zellen selbst, wie sie sich fortbewegen oder an ihrer Umgebung haften.

Grafik von Synapsen auf Mikrochip

Bioelektronik

Wir erforschen die Verbindung zwischen biologischen und elektronischen Systemen, u.a. zur Herstellung von hochempfindlichen Sensoren. Damit lassen sich zum Beispiel Schadstoffe aufspüren oder Implantate entwickeln, die zerstörte Sinneszellen ersetzen.

Videoaufnahme roter Blutkörperchen

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.

Der Dynamik lebender Materie auf der Spur

Lebende Materie

Lebende Materie ist charakteri- siert durch Aktivität und Energie- verbrauch. Welche strukturellen, dynamischen, und kollektiven Eigenschaften entwickeln sich fern des thermischen Gleichge- wichts? Wir verwenden theore- tische Methoden und numerische Simulationen zur Untersuchung solcher Fragen in Systemen von Nanotechnologie bis zur Zell-Biologie.

Proteinfaltung

Proteinfaltung

Wie finden die am Ribosom synthetisierten Polypeptidketten ihre spezifische Raumstruktur? In unseren Arbeiten entwickeln wir Methoden und wenden diese in Studien an, um die Kopplung zwischen Synthese und Faltung von Proteinen zu verstehen.

Proteinstruktur mit aktivem Zentrum

Komplexe Interaktionen

Wir erforschen den atomaren Aufbau von Makromolekülen, die an entscheidenden zellulären Prozessen beteiligt sind, und die Interaktionen zwischen ihnen. Zudem entwickeln wir neuartige Verfahren zur Früherkennung und zur Therapie neurodegenerativer Erkrankungen.

Grafik von Polymerfäden

Lernen von Neutronen

Neutronenstreuung zeigt uns, wie die innere Struktur und lokale Dynamik makromolekularer Materialien ihre Eigenschaften und Funktionen bestimmen. Damit lassen sich Schlüsselmechanismen bei z.B. der Verarbeitung von Kunststoffen oder der Faltung von Proteinen aufdecken.

Meldungen und Termine

Illustration IAPP-Fibrille

Neuer Hinweis auf Zusammenhang zwischen Alzheimer und Diabetes

Krankhaft verklumpte Eiweiße sind für eine ganze Reihe von Erkrankungen charakteristisch. Dazu zählen unter anderem Alzheimer, Parkinson und der verbreitete Typ-2-Diabetes. Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich, der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf und der Universität Maastricht haben mittels Kryo-Elektronenmikroskopie nun erstmals ein scharfes Bild davon erhalten, wie sich einzelne Moleküle in den Proteinfäden anordnen, aus denen die Diabetes-typischen Ablagerungen bestehen. Die Struktur der Fasern in den sogenannten Fibrillen erinnert stark an die von Alzheimer-Fibrillen.

International Conference

Online Conference Motile Active Matter

The motility of cells and microorganisms is a cornerstone of the existence of life and an outstanding achievement of evolution.

JARA-SOFT

JARA-SOFT

In der Forschungsallianz JARA, Sektion JARA-SOFT widmen wir uns der multidisziplinären Erforschung Weicher Materie hinsichtlich aktueller Fragestellungen der Materialwissenschaften und Biophysik.

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International Helmholtz Research School of Biophysics and Soft Matter

Die International Helmholtz Research School of Biophysics and Soft Matter (IHRS BioSoft) bietet ausgezeichnete Forschungsmöglichkeiten für Doktorarbeiten an der Schnittstelle von Biologie, Chemie und Physik.  

Spring School 2020

Die IFF-Ferienschule

Forschung hautnah: Die zweiwöchige IFF-Ferienschule für Studierende und Nachwuchswissenschaftler behandelt jedes Jahr ein aktuelles Thema der Physik - und das seit 1970.