Multi-Scale Biology - Zielsetzung

 

Ziel der Initiative ist die Schaffung einer gemeinsamen Plattform für verschiedene Forschungsaktivitäten der RWTH Aachen unter anderem im Bereich von Moleküldesign- und synthese, Mechanobiologie, Entzündung, Onkologie, Stammzellforschung, kardiovaskulären und neurodegenerativen Erkrankungen bis hin zu Signalketten bei Infektion und Stress in Pflanzen. In einem interdisziplinären, fakultätsübergreifenden Ansatz arbeiten Biochemiker, Zellbiologen, Chemiker, Informatiker, Mathematiker, Mediziner, Physiker, Botaniker und Strukturbiologen von RWTH Aachen, dem Joint Research Center for Computational Biomedicine und verschiedenen Abteilungen des Forschungszentrums Jülich zusammen.

Eine der großen Herausforderungen der modernen Medizin und Biologie betrifft die Verbesserung der Gesundheit von Mensch und Tier, von Pflanzenwachstum und -ertrag. Dazu wird es künftig immer wichtiger werden, Informationen, die auf unterschiedlichen Ebenen und Skalengrößen gewonnen werden, zu berücksichtigen und miteinander zu verknüpfen. Insbesondere die molekulare Funktion individueller Effektormoleküle wie Enzyme und bioaktive Verbindungen, ihre Wechselwirkung mit Inhibitoren und Modulatoren, sowie ihre Funktion in Proteinnetzwerken, Zellen, Organen, Organismen und beim Austausch zwischen Organismen müssenuntersucht und genutzt werden. Verschiedene Ansätze können zum Verständnis dieser komplexen und mehrskaligen Systeme beitragen.

Ein Ansatz besteht in der Verwendung von Bibliotheken kleiner Moleküle, die die Funktionalität sogenannter „Targets“, spezifischer Proteine oder bioaktiver Verbindungen, beeinflussen. Diese Targets können in unterschiedlichsten Bereichen eine Rolle spielen: Krebs, Neurodegeneration oder in der Wechselwirkung von Pflanzen mit Pathogenen. Mit Hilfe von Screening-Verfahren werden aus den Substanzbibliotheken Moleküle identifiziert, die mit dem Target wechselwirken. Dabei gewinnt man nicht nur Informationen über die Bedeutung des Targets, sondern es eröffnen sich Möglichkeiten, in den damit verbundenen Stoffwechselprozess einzugreifen. Ein anderer Ansatz nutzt genetische Screens zum Beispiel mit shRNA Bibliotheken, um neuartige Komponenten zu bestimmen, die relevante Stoffwechselwege gezielt beeinflussen, unterstützen oder beeinträchtigen. Aktuelle technologische Entwicklungen ermöglichen die Bewertung und Anwendung kleiner Moleküle und genetischer Eingriffe für eine breite Palette von Zelltypen. In einem integrierten Ansatz geht es dabei um die Suche nach und das Verständnis von sowohl chemischen als auch biologischen Variationen. Nicht zuletzt können diese Systeme dazu beitragen, kooperative Prozesse bei der Steuerung des Zellschicksals und von Signalnetzwerken zu identifizieren. Die erzielten Ergebnisse tragen dazu bei, die Lücken zwischen modellbasierten Daten und klinischen Anwendungen und agrarwirtschaftlichen Methoden zu schließen. Damit eröffnen diese Ansätze die Möglichkeit, die vielfältigen und komplexen Vorgänge bei Belastungen und Krankheiten zu adressieren. Sie liefern das methodische und mechanistische Wissen für die Entwicklung neuer Paradigmen zur Behandlung komplexer Krankheiten, sowohl mit multifaktoriellen Ursachen als auch in Verbindung mit genetischen Instabilitäten wie bei Krebs.