Forschungsgruppen

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.

Die Arbeitsgruppe von Simon Alberti will verstehen, wie sich Zellen auf Stress und Störungen aus ihrer Umwelt einstellen. Bei Stress verändern sich Zellen auf vielen Ebenen, etwa in ihrer Physiologie, ihrem Stoffwechsel und ihrer Architektur. Dazu wird das Zellplasma neu organisiert und es werden Kompartimente gebildete, die nicht von einer Membran umgeben sind. Die Fähigkeit, solche Kompartimente zu bilden, wird mit zunehmendem Alter problematisch, da die dazu benötigten Proteine auch mit neurodegenerativen Alterserkrankungen in Verbindung gebracht werden. Insofern könnte ein besseres Verständnis des Aufbaus des Zellplasmas ein Ansatz für Therapien für diese Krankheiten sein und ein weiterer Schritt dahin, das Rätsel des Alterns zu entschlüsseln.

Research Page

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.

Research Page

Die Arbeitsgruppe von Suzanne Eaton erforscht, wie Zellen miteinander kommunizieren, um Gewebe einer bestimmten Größe und Form zu bilden. Dabei wollen die Forscher die Zusammenhänge zwischen Signalmolekülen, die für die Musterbildung wichtig sind, zwischen dem Stoffwechsel der Zelle und zwischen den mechanischen Vorgängen in der Zelle aufklären und verstehen, wie das Zusammenspiel dieser Faktoren zur Bildung bestimmter Gewebemuster führt.

Research Page

Die Arbeitsgruppe von Michael Hiller interessiert sich für eine zentrale Frage der Genetik und Evolutionsbiologie: Welche Unterschiede im Erbgut (Genom) führen zu charakteristischen Merkmalen (Phänotypen) bestimmter Spezies? Die Gruppe entwickelt dazu computerbasierte Methoden, um in vergleichenden Analysen funktionale Unterschiede in Genomen aufzuspüren, leitet daraus Verbindungen zwischen Unterschieden im Genom und dem Phänotyp ab, um diese dann schließlich im Experiment zu bestätigen. Die Forschungsergebnisse tragen dazu bei, besser zu verstehen, wie die große Vielfalt der Natur im Laufe der Evolution entstehen konnte.

Research Page

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.

Research Page

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?

Research Page

© Tristan Vostry

Research Page

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.

Research Page

Die kommende Generation von Algorithmen zur Quantifizierung sowie (halb-)automatisierte Versuchsanordnungen wird in der Zell- und Entwicklungsbiologie Forschungsprojekte möglich machen, die bisher an genau solchen technischen Limitierungen scheitern. Zudem sorgen die derzeitigen Fortschritte im Bereich der Bildanalyse und des maschinellen Lernens, auf Ergebnisse biologischer Forschung angewendet, für fundamentale neue Erkenntnisse zu zellulären Prozessen und Entwicklungsabläufen. Die Arbeitsgruppe von Florian Jug will die Möglichkeiten der Quantifizierung biologischer Daten durch Bildanalyse und maschinelles Lernen erweitern.

Research Page

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.

Research Page

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.

Research Page

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.

Research Page

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.

Research Page

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.

Research Page

Das Hauptziel der Arbeitsgruppe von Caren Norden ist zu verstehen, welche zellbiologischen Impulse die Entwicklung des Auges in Zebrafischen beeinflussen. Dabei fokussiert die Forschung darauf, wie sich aus Augenbläschen ein Neuroepithelium, also ein Gewebe aus Nervenzellen, entwickeln kann und wie sichergestellt wird, dass genau die richtige Anzahl Vorläuferzellen die genau richtige Anzahl an Nervenzellen produziert. Zudem wollen die Forscher entschlüsseln, welche Nervenzellen wo genau im Gewebe entstehen und wie sie an den Ort wandern, an dem sie dann ihre Funktion erfüllen. Damit spannt sich die Arbeit der Gruppe von der zellulären Ebene hin zur Gewebeebene und will ein allumfassendes Verständnis vom Aufbau der Netzhaut in Wirbeltieren erreichen.

Research Page

Die Arbeitsgruppe von Gaia Pigino setzt Kryo-Elektronenmikroskopie, korrelierende Licht- und Elektronenmikroskopie sowie 3D Bildverarbeitung ein, um die Struktur und Funktionsweise von zellulären Maschinen zu erforschen. Dabei wollen die Forscher verstehen, wie sich Moleküle, wie etwa Proteine, zu einer zellulären Maschine zusammensetzen, um dann bestimmte Funktionen auszuführen. Dabei richtet sich der Blick auf Flimmerhärchen und Geißeln, wie sich diese zusammenbauen, ihre Länge bestimmen, wie sie sich bewegen, und wie sie ihre Vielfalt kontrollieren. Ziel ist es, zu verstehen, wie ein Flimmerhärchen Teil für Teil zusammengebaut wird, um eines der komplexesten und vielfältigsten Exemplare unter den zellulären Maschinerien zu bilden.

Research Page

Wenn Plattwürmer ihren Kopf verlieren, dann wächst ihnen einfach einen neuer Kopf nach. Die Arbeitsgruppe von Jochen Rink will verstehen, wie dieser Prozess abläuft. Ziel ist es, das molekulare Netzwerk zu entschlüsseln, das für eine solche Regeneration nötig ist.

Research Page

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.

Research Page

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.

Research Page

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?

Research Page

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.

Research Page

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.

Research Page

In my previous research I explored genetic variations, with particular focus on epistasis between mutations. In my new lab, we focus on phenotypic variations that are orders of magnitude more frequent than genotypic mutations. These variations are generated by the stochastic noise inherent to biological systems, such as transcriptional errors, ribosomal slippage, conformational flexibility and noisy expression.

Research Page

Die Arbeitsgruppe von Nadine Vastenhouw will verstehen, wie komplexe Organismen viele verschiedene Zelltypen mit verschiedenem Aussehen und unterschiedlichen Eigenschaften bilden können. Während der Entwicklung eines Organismus muss dieser Prozess präzise in Hinblick auf Zeit und Raum mit Hilfe von zellspezifischen Transkriptionsprogrammen koordiniert werden. In gesunden Organismen beeinflussen bestimmte Transkriptions-Programme außerdem die Ausgewogenheit von Geweben, indem der Austausch von Zellen, ihr Verhalten und physiologischer Zustand kontrolliert werden. Wie die Entscheidung getroffen wird, ob ein Gen an ein einem bestimmten Punkt der Entwicklung transkribiert wird oder nicht, ist damit eine zentrale Frage. Die Forscher arbeiten vornehmlich mit Zebrafisch-Embryonen, der dafür der ideale Modellorganismus ist.

Research Page

Lebende Organismen zeigen zufällige Unregelmäßigkeiten, wenn man sie sich mikroskopisch ansieht. Und doch gelingt es ihnen, sich bei Bedarf extrem koordiniert und gut organisiert zu verhalten, etwa während der embryonalen Entwicklung. Die Arbeitsgruppe von Christoph Zechner will verstehen, welche molekulare Architektur und Berechnung von Zellen genutzt wird, um miteinander zu kommunizieren, voneinander zu lernen und sich gegenseitig anzupassen, um wirkungsvoll mit Störungen umzugehen. Dazu entwickeln sie statistische Methoden, um lebende Organismen mit einem datenbasierten Ansatz zu untersuchen, interessieren sich aber auch dafür, adaptive und nicht störungsanfällige Schaltkreise de novo zu entwerfen. Die Forschung ist vornehmlich theoretischer Natur, findet aber in enger Zusammenarbeit mit den experimentellen Gruppen am MPI-CBG statt.

Research Page

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.

Research Page

Gemeinsam berufene Forschungsgruppen

Jede Zelle hat ihre eigene Geschichte. Neue Methoden, mit denen man die DNS und RNS einzelner Zellen sequenzieren kann, ermöglichen völlig neue Einblicke in die Biologie von komplexen Geweben. Die Arbeitsgruppe von Barbara Treutlein analysiert die Daten solcher Sequenzierungsmethoden, um nachzuvollziehen, welche Entwicklungswege bestimmte menschliche Zellen nehmen, welche Entwicklungslinien Vorrang gegenüber anderen haben, und wie die Verschiedenartigkeit von Geweben in Organen oder Organoiden zustande kommt . Das oberste Ziel ist es, die Mechanismen zu verstehen, die während der Entwicklung oder auch bei Regeneration über das Schicksal bestimmter Zellen entscheiden. Dabei interessieren sich die Forscher auch dafür, was Faktoren sind, die nur der Biologie des Menschen eigen sind.

Co-Institut: Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie

Research Page

While humans exhibit rather limited capabilities for regeneration, salamanders are able to regrow an extraordinary range of complex structures throughout their life, including entire limbs. As such, the salamander constitutes an ideal model in which to learn how accurate regeneration of body structures can be achieved. Using genetic, advanced imaging and transcriptomic approaches, our lab aims to exploit this system in order to determine what cellular and molecular factors underlie the ability to regenerate complex structures, and how changes through phylogeny and ageing affect regenerative potential.

Co-affiliation: DFG-Center for Regenerative Therapies Dresden

Research Page