Biologische Informationsprozesse verstehen und nutzen

Unser Ziel ist es die zellulären und molekularen Mechanismen der biologischen Informationsverarbeitung bis ins atomare Detail quantitativ und qualitativ zu verstehen. Der Fokus liegt hierbei auf der Informationsverarbeitung in und zwischen Nervenzellen. Dazu erforschen wir die Funktion einzelner Moleküle und untersuchen, wie diese interagieren und zelluläre Funktionen bestimmen. Wir wollen letztlich verstehen, wie die Wechselwirkungen von Zellen zur Bildung von Netzwerken führen, die ihre Eigenschaften plastisch verändern und so die Grundlagen für Lernen und Erinnerung bilden. Nachhaltige, Energie und Ressourcen schonende Adaptation und Regeneration zellulärer Strukturen und Prozesse im laufenden Betrieb sind alleinstellend für biologische Informationsverarbeitung.

Durch vergleichende Analyse gesunder, pathologischer und altersbedingter Mechanismen beschleunigen wir den Erkenntnisgewinn, eröffnen wissensbasierte Zugänge zu neuen Therapie- und Diagnose-Anwendungen für Erkrankungen und neuen Konzepten der Informationstechnologie. Dazu entwickeln und nutzen wir weltweit einzigartige Instrumente und kombinieren modernste experimentelle und theoretische Methoden aus allen Bereichen der Naturwissenschaften, um die molekularen Mechanismen biologischer Strukturen und Prozesse bis hin zum Netzwerk, auch in ihrer Dynamik und Plastizität, zu verstehen.

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

3D-Polarized Light Imaging Aufnahme eines Maus-Gehirns. Die strukturelle Information über die Ausrichtung der Nervenfasern aus dieser Aufnahme dienten als Vergleich für die neuen Neutronen-Messungen.

Hirnveränderungen unter der "Neutronenlupe"

Das Gehirn ist das Zentrum unseres Nervensystems – strukturelle Veränderungen sind oft an neurologischen Erkrankungen und psychischen Störungen beteiligt. Ein Team des Forschungszentrum Jülich hat jetzt am Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) eine neutronenbasierte Methode entwickelt, um Gehirnschnitte zu untersuchen und derartige Erkrankungen besser zu verstehen.

Soft Matter Matters Brochure

„Soft Matter Matters!“ – Broschüre

Gemeinsam mit dem Schülerlabor des Forschungszentrums, JuLab, hat das IBI-4 eine Experimentierbroschüre im Rahmen des EU-Projekts EUSMI herausgegeben.

Fokus

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.

Colloquium

BioSoft Kolloquium

Das BioSoft Colloquium umfasst Aktivitäten und Entwicklungen von interdisziplinäre Themen aus Biophysik, Zellbiologie und weicher Materie. Deswegen richtet sich das Kolloquium an ein Publikum aus all diesen Disziplinen.