Das MPI-CBG baut auf eine Struktur mit flachen Hierarchien: Während sonst Max-Planck-Institute in Abteilungen gegliedert sind, steht am MPI-CBG ein interaktives Netzwerk im Mittelpunkt, in dem alle Forschungsgruppen gleichberechtigt arbeiten. Alle Forschungsgruppenleiterinnen und Forschungsgruppenleiter sind komplett eigenständig und erhalten die gleiche Standardausstattung.

Hier finden Sie eine kurze Zusammenfassung der Arbeitsinhalte und Forschungsthemen der jeweiligen Gruppen. Die Unterseiten der Forschungsgruppen sind leider nur in englischer Sprache verfügbar.

Alexander von Appen

Strukturelle Selbstorganisation von Membranorganellen

Die von Appen-Forschungsgruppe untersucht die Bildung und Instandhaltung von Membranorganellen. Insbesondere interessieren wir uns dafür, wie die Welten von molekularen Kondensaten, Biomembranen und molekularen Maschinen miteinander kooperieren, zusammen ein funktionelles molekulares Kollektiv bilden, um so das Innere der Zelle zu formen. Dazu verwenden wir integrierte Ansätze, die Kryo-Elektronenmikroskopie, Massenspektrometrie basierte Proteomanalyse, In-vitro-Rekonstitution und Zellbiologie, um so ein breites Spektrum an molekularen Prozessen abzudecken - von der Struktur der Moleküle bis zur zellulären Organisation. Letztendlich hoffen wir die Struktur und den Mechanismus zu verstehen, mit denen Mebranorganellen gebildet werden und damit auch wie eine Fehlregulation dieser Prozesse menschliche Krankheiten verursacht.
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Jan Brugués

Selbstorganisation von biologischen Strukturen

Die Arbeitsgruppe von Jan Brugués erforscht an Eiern des afrikanischen Krallenfroschs und des Zebrafishes den Spindelapparat, der eine wichtige Rolle bei der Zellteilung spielt. Der Forschungsansatz der Gruppe kombiniert Theorie, Biophysik und Zellbiologie und versucht zu verstehen, welche Mechanismen hinter der Anordnung des Spindelapparats mit dem Chromatin (kondensierte DNA der Chromosomen) stehen. Dabei soll erforscht werden, wie sich kleine Moleküle zusammenfinden können, um große und komplexe Strukturen wie Mikrotubuli zu bilden, aus denen sich der Spindelapparat aufbaut. Auf lange Sicht könnten die Forschungsergebnisse dazu beitragen, die Entwicklung eines menschlichen Embryos zu verstehen sowie Missbildungen, die bei Zellteilungen entstehen können.
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© The Francis Crick Institute, Tracey Croggon

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Claudia Gerri

The fetal-maternal interface across species: from comparative embryology to multicellular systems

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Anne Grapin-Botton

Selbstorganisation von Zellen zu Organverbänden

Die Grapin-Botton-Forschungsgruppe untersucht den Einfluss der Zell- und Organarchitektur auf das Verhalten von Zellen in Bezug auf deren Schicksal während der Entwicklung. Mit Fokus auf die Entwicklung der Bauchspeicheldrüse wird zudem untersucht, auf welche Art und Weise Zellen im Zellverband miteinander interagieren um ein Organ zu bilden. Als Modellsystem dient den Forschern dabei die Maus und Mausgenetik in Kombination mit 3D-Live Bildgebungsverfahren. Dabei entwickelten sie in Zellkultur 3D “Organoide” zur Modellierung der Entwicklung. Erst kürzlich wurden von der Gruppe auch menschliche in-vitro-Stammzellmodelle verwendet, um die menschliche Entwicklung zu untersuchen. Diese Studien sollen Einblicke in menschliche Krankheitsbilder geben, welche die Entwicklung der Bauchspeicheldrüse beeinträchtigen. Somit dienen diese Studien als Ansatz für die Herstellung von Ersatz-Beta-Zellen für die Diabetes-Therapie.
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Stephan Grill

Physik des Lebens

Das Grill-Labor interessiert sich für die Mechanismen, durch welche Struktur und Form in lebenden Systemen entstehen. Wir forschen interdisziplinär und kombinieren Biologie, Biophysik und Theorie. Wir beschäftigen uns insbesondere mit der Verbindung von biochemischer Regulation und Mechanik und arbeiten daran, physikalische Grundlagen zu entschlüsseln und physikalische Konzepte zu entwickeln, die der dynamischen Selbstorganisation lebender Materie zugrunde liegen. Wir untersuchen morphogenetische Krafterzeugung in Molekülen, Oberflächen und Volumina und arbeiten an einer Reihe von Systemen und Modellorganismen, die von in-vitro-Systemen über den Fadenwurm bis hin zu Wachteln reichen.
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Pierre Haas

Selbstorganisation von multi-zellulären Systemen

Die Forschung der Haas Gruppe wird sich auf die Mechanik von Zellen und Geweben konzentrieren. Wir wollen Kontinuumstheorien ableiten, die das vielfältige mechanische Verhalten von Geweben während ihrer Entstehung abbilden und verstehen, wie eine stabile Entwicklung mit mechanischen Einschränkungen und Variabilität vereinbar ist. Unsere Forschung ist theoretischer Natur, aber wir werden eng mit experimentellen Gruppen am MPI-CBG und anderswo zusammenarbeiten.
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Alf Honigmann

Aufbau und Funktion von Biomembranen

Die Arbeitsgruppe von Alf Honigmann konzentriert sich auf den Aufbau von Biomembranen und ganz speziell auf die Funktion der Plasmamembran. Die Forscher setzen Techniken der optischen Nanoskopie ein, um zu untersuchen, wie sich Lipide und Proteine selbst organisieren – mit besonderem Blick auf die apikal-basale Polarität von Epithelzellen. Dabei wollen sie verstehen, wie Signale zwischen Gerüstproteinen im Zellplasma und der Umgebung außerhalb der Zelle von der Plasmamembran weitergegeben werden. Dies soll schließlich zu einem Verständnis der molekularen Mechanismen führen, die die Spezialisierung von Zellen in gewebetypische Formen regulieren.
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Meritxell Huch

Geweberegeneration und deren Deregulierung bei Krankheiten

Unser langfristiges Ziel ist es, die Prinzipien zu verstehen, die die Proliferation und Differenzierung erwachsener Organe und Gewebe regeln. Dadurch können wir Wissen gewinnen, welches wir für die Weiterentwicklung unserer organoiden Kulturen und potenziell zur in vitro Rekapitulation der Organogenese brauchen.
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Wieland Huttner

Neurale Stamm- und Vorläuferzellen und die Expansion des Neocortex während der Gehirnentwicklung und im Verlauf der Evolution

Die Arbeitsgruppe von Wieland Huttner erforscht die zellbiologischen und genetischen Faktoren, die die Entwicklung von Nervenzellen im zentralen Nervensystem von Säugetieren beeinflussen. Dabei interessieren sie sich besonders für die Entwicklung des Neokortex im Laufe der Evolution – wie werden Gehirne größer und gefaltet? Welche genetischen Unterschiede gibt es zwischen verschiedenen Arten? Wie wird sichergestellt, dass die weitaus größere Zahl an Nervenstammzellen, die für die Vergrößerung des Neokortex nötig sind, entsteht?
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© Sven Döring

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Anthony Hyman

Der Aufbau des Zytoplasmas

Die Arbeitsgruppe von Tony Hyman untersucht, wie das Innere der Zelle – das Zellplasma – aufgebaut ist. Besonders interessiert ist das Forscherteam daran, wie Zellen bestimmte funktionale Bereiche vom Rest des Zellinneren abtrennen können, ohne dazu eine Membran zu nutzen. Dies geschieht durch einen Phasenübergang, bei dem sich zwei Flüssigkeiten voneinander trennen – ungefähr so wie Öl und Essig. Dieses bahnbrechende Konzept, das in der Arbeitsgruppe entwickelt wurde, hat das Verständnis grundlegender Vorgänge in einer Zelle radikal verändert. Die genauen Eigenschaften dieser Kompartimente und ihre Verbindung mit bestimmten Krankheiten werden nun eingehender erforscht.
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Elisabeth Knust

Regulation der Zellpolarität

Die Arbeitsgruppe von Elisabeth Knust beschäftigt die Frage, warum einige Zellen ein klar definiertes Oben und Unten haben, und wie sich diese Polarität herausbildet. Dazu arbeitet die Gruppe mit Epithelzellen und Photorezeptorzellen von Fruchtfliegen und Zebrafischen. Da der Verlust der Polarität in Zellen dazu führen kann, dass ganzes Gewebe sich falsch bildet oder unkontrolliert wächst, tragen die Erkenntnisse der Forschung auch zum Verständnis von Krankheitsbildern wie Krebs oder Blindheit bei.
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Moritz Kreysing

Biophotonik und Selbstorganisation

Die Arbeitsgruppe von Moritz Kreysing will einerseits die optischen Eigenschaften von Zellen verstehen, die für das Funktionieren der Netzhaut von Wirbeltieren entscheidend sind – auch mit Blick auf die Bildgebung von ganzen Geweben. Desweiteren arbeitet die Gruppe an der Frage, wie physikalische Transportmechanismen dazu beitragen, dass sich biologische Strukturen bilden.
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Rita Mateus

Biophysikalische Grundlagen des Wirbeltierwachstums

Die Evolution hat uns eine unglaubliche Vielfalt an Tiergrößen und -formen beschert, aber bemerkenswerterweise bleiben unsere Organe und Gliedmaßen proportional zu unserer Körpergröße. Dies erfordert ein außergewöhnliches Maß an Koordination über verschiedene Größenordnungen hinweg. Wie messen und kontrollieren die Organe ihre Größe? Dies ist eine entscheidende Frage, die in der Biologie lange ungelöst geblieben ist. Wir wollen sie beantworten, indem wir uns Zellen anschauen. Wir konzentrieren uns auf die Untersuchung biophysikalischer Modi der zellulären Kommunikation: Elektrische Ströme, chemische Signale und mechanische Kräfte, mit dem Ziel zu verstehen, wie die Information über das Organwachstum kodiert wird.
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Carl Modes

Komplexe Netzwerke und systemische Biophysik

Die Forschungsgruppe von Carl Modes will Prinzipien und Methoden der angewandten Topologie und Geometrie nutzen, um ein besseres Verständnis komplexer biologischer Systeme zu erlangen. Dabei liegt das Hauptaugenmerk auf komplexen Netzwerken und ihren Verknüpfungen.
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Gene Myers

Zellen durch Bildanalyse und maßgeschneiderte Mikroskopie verstehen

Die Arbeitsgruppe von Gene Myers ist interdisziplinär und technologieorientiert. Das Team entwickelt neue Mikroskope und dazugehörige Bildanalyse-Software, um Entdeckungen in der Zell- und Entwicklungsbiologie komplett zu digitalisieren und damit zu beschleunigen. Beispielsweise werden in der Arbeitsgruppe anwendungsspezifische Mikroskopieanlagen gebaut und Softwarelösungen entwickelt, die es erlauben, die Dynamik einzelner Zellen sowie die Entwicklung einzelner Zelllinien über lange Zeiträume hinweg besser sichtbar zu machen und zu quantifizieren.
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André Nadler

Biochemie von Membranen - Lipide im Fokus

Wo sich Proteine in der Zellmembran aufhalten, ist relativ gut erforscht und auch einigermaßen einfach zu visualisieren. Für Lipide ist dies deutlich schwieriger. Die Arbeitsgruppe von André Nadler entwickelt Methoden, bei denen man mit Hilfe chemischer Sonden Lipide in der Membran sichtbar machen kann. So wird sichtbar gemacht, was bisher dem Auge verborgen war, was zu einem besseren Verständnis davon führen wird, wie Membranen funktionieren.
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Jonathan Rodenfels

Energetik biologischer Systeme

Die Arbeitsgruppe von Jonathan Rodenfels wird erforschen, wie Energetik das Verhalten biologischer Systeme beeinflusst. Dabei interessieren sich die Forschenden insbesondere dafür, wie Zellen und Organismen ihre Stoffwechselenergie auf die komplexe Gesamtheit zellulärer Prozesse aufteilen, die für das Leben in jeder Größenordnung notwendig sind: von isolierten biochemischen Netzwerken über ruhende und stark proliferierende Zellen bis hin zu Wachstum und Entwicklung von Organismen.
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Ivo Sbalzarini

Wissenschaftliches Rechnen für bildbasierte Systembiologie

Die MOSAIC-Arbeitsgruppe von Ivo Sbalzarini forscht im Bereich des wissenschaftlichen Rechnens für die bildbasierte Systembiologie. Die Forscher nutzen die Partikelmethode als verbindendes Element für Bildanalysen, numerische Simulationen und Modellidentifikationen. Der Ansatz ist vornehmlich theoretisch und rechenbetont. Da die Gruppe keine eigenen Experimente im Labor durchführt, arbeiten sie mit einer Reihe von experimentell arbeitenden Arbeitsgruppen zusammen, um mit Hilfe ihrer praktischen Arbeit Erkenntnisse in der Biologie voranzubringen.
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Andrej Shevchenko

Massenspektrometrie zur funktionalen Bestimmung von Biomolekülen

Massenspektrometrie entwickelt sich zunehmend zu einer wichtigen Methode in der Zell- und Molekularbiologie. Die Arbeitsgruppe von Andrej Shevchenko nutzt unterschiedlichste Massenspektrometrieansätze und –methoden für eigene Forschungsarbeiten und bietet diese auch als Service an, um etwa dabei zu helfen, biologisch signifikante Gene in ihrer Funktion zu charakterisieren. Auch können Proteine aus Organismen mit bisher nicht sequenzierten Genomen identifiziert werden, Proteinkomplexe und ihre Interaktionsnetzwerke entschlüsselt oder quantitative Analysen von Gel-separierten Proteinen oder Lipiden mit Hilfe der Quadrupole-Flugzeit-Massenspektrometrie-Methode vorgenommen werden.
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Jacqueline Tabler

Zellbiologische und dynamische Grundlagen des Schädelwachstums

Der Schädel ist lebenswichtig für Menschen, da er das Gehirn vor schwerem Schaden beschützt. Neben dieser wichtigen Funktion gibt es aber viele offene Fragen zur evolutionären Entwicklung des Schädels: Wie wird das Wachstum und die Formgebung des Schädels während der embryonalen Entwicklung gesteuert? Durch welche genetischen Faktoren wurde die Expansion von Schädeln beeinflusst? Was kann kraniofaziale Fehlbildungen auslösen? Wie beeinflussen unterschiedliche Schädelformen und -größen verschiedener Spezies die Dynamik des Schädelwachstums?
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Dora Tang

Dynamische Systeme aus Protozellen

Die Arbeitsgruppe von Dora Tang rekonstruiert zelluläre Vorgänge mit Hilfe von In-Vitro-Systemen. Speziell nutzen sie Erkenntnisse über molekulare Interaktionen zwischen Polymeren, Lipiden, Peptiden, Nukleotiden und Proteinen, um mit einem Bottom-Up-Ansatz neuartige, dynamische Protobionten zu konzipieren und zu konstruieren. Diese können als Modell dienen, um den aktuellen Wissensstand in der Biologie auf den Prüfstand zu stellen und dabei gleichzeitig neue Technologien für Anwendungen in der synthetischen Biologie zu entwickeln.
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Pavel Tomancak

Muster der Genexpression während der Entwicklung

Die Arbeitsgruppe von Pavel Tomancak will verstehen, wie während der Entwicklung eines Lebewesens die Information, die in seinem Genom enthalten ist, in ein bestimmtes Verhalten von Zellen überführt wird. Dabei interessiert die Forscher auch, wie sich evolutionsbedingte Veränderungen der Genregulierung auf die Baupläne verschiedener Lebewesen ausgewirkt haben. Die gewebespezifische Regulierung der Genexpression ist die unmittelbarste Umsetzung einer Gensequenz, und in Verbindung mit der gewebespezifischen Aktivität von Genen wird die Entwicklung eines mehrzelligen Organismus gesteuert. Deshalb ist die Erforschung von Genexpressionsmustern und deren Variationen im Laufe der Evolution der erste wichtige Schritt, um zu verstehen, wie genetische Information in Entwicklungsprozesse umgesetzt wird.
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Agnes Toth-Petroczy

Plastizität und Evolution von Proteinen

Das ATPlab interessiert sich schwerpunktmässig für Proteine und deren Evolution. Wir sind fasziniert von der Verschlüsselung der Information im Genom und wie Sequenzen die Struktur, Funktion und letztlich den Phänotyp eines Organismus bestimmen. Die Verarbeitung der Sequenzen ist jedoch fehlerbehaftet, was zu genetischen und phänotypischen Mutationen führt, welche die Information verändern. Diese Variationen sind die Basis für die Evolution durch Selektion, die möglicherweise zu einer Anpassung führt. Wir kombinieren theoretische Methoden mit Experimenten im Labor, mit denen wir unser Verständnis zur Evolution von Proteinen erweitern. Zu unseren derzeitigen Forschungsschwerpunkten gehören die Studie und Modellierung von Proteinsynthesefehlern, die Untersuchung von Kondensate bildenden Proteinen, die Modellierung von Proteinstrukturen und die Klassifizierung von Mutationseffekten in krankheitsrelevanten Genen.
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Jesse Veenvliet

Stembryogenese

Während der Embryogenese müssen Form, Kräfte und Zellschicksal-Entscheidungen räumlich und zeitlich eng aufeinander abgestimmt sein, damit sich ein normaler Embryo bilden kann. Wie dies bei Säugetierembryonen nach der Einnistung in die Gebärmutter funktioniert, bleibt weitgehend ein Rätsel, vor allem weil der Embryo für die direkte Beobachtung und Veränderung unzugänglich ist. Im Stembryogenesis Lab rekonstruieren wir daher die Entwicklung in einer Petrischale, um zu verstehen, wie sich Embryonen bilden. Indem wir pluripotente Stammzellen dazu bringen, embryonale Organoide - Stembryonen - zu bilden, können wir lang ungelöste Fragen mit modernen Werkzeugen beantworten. Welche zellulären Interaktionen steuern die Architektur von Säugetierembryonen? Wie werden Form und Zellschicksal-Entscheidungen koordiniert? Wie wird die Variabilität der Entwicklung kontrolliert? Kurz gesagt: Wie wird ein Säugetierembryo reproduzierbar geformt?
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Christoph Zechner

Stochastic processes in cells and tissues

Stochastizität in Prozessen, die innerhalb von Zellen ablaufen kann zu erheblicher Variabilität in der molekularen Zusammensetzung genetisch identischer Zellen führen. Biologische Systeme sind jedoch, wenn nötig, zum Beispiel bei der Musterbildung oder der Zelldifferenzierung, sehr robust und arbeiten koordiniert. Die Forschungsgruppe von Christoph Zechner entwickelt theoretische und rechnerische Ansätze, mit denen untersucht wird, wie lebende Systeme – trotz begrenzter Präzision – Signale zuverlässig übertragen und verarbeiten. Langfristig will die Gruppe die Prinzipien verstehen, die der stabilen und komplexen Organisation biologischer Systeme unterliegt. Die Gruppe verfolgt einen multidisziplinären Ansatz, welcher Signal- und Kontrolltheorie, stochastische Prozesse und statistische Physik miteinander kombiniert. Während die Ansätze der Gruppe weitgehend theoretisch sind, bestehen enge Kollaborationen mit experimentellen Kollegen am MPI-CBG und andern Forschungsinstituten im Ausland.
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Marino Zerial

Prinzipien der Zell- und Gewebeorganisation: Von der Endozytose zu einem systematischen Verständnis von Aufbau und Funktion der Leber

Die Arbeitsgruppe von Marino Zerial will grundlegende zelluläre Prozesse entschlüsseln und verstehen, wie sie auf der Ebene von Geweben funktionieren. Dabei interessieren sich die Forscher besonders für den Vorgang der Endozytose – wie Zellen Stoffe aufnehmen und Information verarbeiten. Sie erforschen die Endozytose in der Leber, schauen, wie sie den Stoffwechsel und Signalwege in der Leber reguliert, und wie Zellen interagieren, um das Gewebe einer Leber zu bilden. Auch interessieren sich die Forscher dafür, wie diese normalen Funktionen zum krankhaften Fall werden können, wenn sie etwa für Infektionen von Viren, von Bakterien oder Parasiten genutzt werden.
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Biophysics Biology

Gemeinsam berufene Forschungsgruppen

Natalia Rodriguez-Muela

Natalia Rodriguez-Muela

Selektive Neuronale Verwundbarkeit bei Neurodegenerativen Erkrankungen

Co-affiliation: DZNE-German Center for Neurodegenerative Diseases

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Maximina Yun

Maximina Yun

Regenerierung komplexer Strukturen

Co-affiliation: DFG-Center for Regenerative Therapies Dresden

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