DFG-Verbundprojekte der Universität Bonn

Sprecher

Prof. Dr. Carsten Urbach
Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik
Nussallee 14-16
D-53115 Bonn

Zusammenfassung

A complete description and understanding of nature inevitably requires quantum theory. The study of quantum systems is, therefore, of upmost importance, but also highly challenging, for instance due to the state space growing exponentially with system size or due to long-range interactions. Computational methods have grown – often in absence of alternatives – to become prime and powerful tools to approach these challenges. Still, many problems are just at or yet beyond the threshold of feasibility.

The CRC initiative NuMeriQS brings together scientists from the fields of theoretical particle, nuclear, and condensed matter physics and theoretical chemistry on the one hand with mathematicians and computer scientists on the other hand. They will all work together in a truly interdisciplinary effort on pushing our understanding of the structure and dynamics in quantum systems by enabling progress on the methodological, algorithmic and HPC implementation front in a cross-field collaboration. NuMeriQS aims to leverage the sophisticated numerical methods developed separately in physics
and chemistry by confronting them with the state of the art in numerical mathematics and computer science to tackle the central challenges that all fields investigating complex quantum systems are facing, which are the curse of dimensionality, due to an exponential growth of the state space with
system size, as well as the need to adapt to new computing architectures of ever increasing complexity. Combining the advantages of different approaches to alleviate their respective weaknesses is an extremely promising strategy with an enormous potential for creating transformative advances in both physics and chemistry. It requires a common and interdisciplinary effort merging the diverse expertise of the researchers from different fields and promoting cross-field applications to exploit synergies as proposed in NuMeriQS.

The team for this initiative comprises renowned researchers from the aforementioned fields working at the Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn (UBo) and the two external institutions Forschungszentrum Jülich (FZJ) and Max-Planck–Institut für Kohlenforschung (MPI KoFo). Moreover,
with the FZJ and its Jülich Supercomputing Centre (JSC) a world leading player in high-performance and quantum computing is contributing to NuMeriQS. Therefore, this CRC is located in a highly fertile environment ideally suited for this endeavour. The initiative comes at a time where potentially transformative technologies become available, like the first exascale computing installations, or promise to become available, like digital quantum computers. These new technologies represent opportunities which will be approached in NuMeriQS in a collaborative effort in order to tackle the challenges efficiently and to enable transformative advances within each field.

Beteiligte Institutionen

Forschungszentrum Jülich GmbH
Max-Planck–Institut für Kohlenforschung

Laufzeit

01.04.2024 - 31.12.2027 (1. Förderperiode)

Sprecher

Prof. Dr. Jürgen Kusche
Institut für Geodäsie und Geoinformation
Nußallee 17
53115 Bonn

Zusammenfassung

Der menschengemachte Klimawandel hat bereits die Häufigkeit von Extremereignissen wie Hitzewellen, Dürren und Starkniederschlägen erhöht – Expertinnen und Experten prognostizieren eine Fortsetzung dieses Trends für den weiteren Verlauf des 21. Jahrhunderts. Die Folgen davon, zum Beispiel austrocknende Böden in manchen Regionen und zunehmende Überflutungen in anderen, bedrohen das Zusammenleben und die Existenz zukünftiger Generationen. Sie stellen erhebliche Risiken dar, unter anderem für eine nachhaltige landwirtschaftliche Erzeugung und somit auch für die Nahrungsmittelversorgung.

Der weitreichende Einfluss von Klimagasen, vor allem von CO2 und Methan, auf das globale Klima ist unbestritten. Im Sonderforschungsbereich 1502 untersuchen die Forschenden die Hypothese, dass auch der vom Menschen verursachte Landnutzungswandel und ein intensiviertes Wassermanagement das regionale Klima beeinflussen – und dadurch zu unbeabsichtigten Veränderungen im natürlichen regionalen Wasser- und Energiekreislauf führen. Die im SFB zu untersuchende Hypothese geht sogar so weit, dass derartige Veränderungen bereits maßgeblich zu den beobachteten Trends im regionalen Wasserkreislauf beigetragen haben.

Um dieser Annahme weiter nachzugehen, kommen Forschende aus einem breiten Spektrum von Disziplinen zusammen – darunter die Hydrologie, Meteorologie, Geodäsie, Erdsystem-Modellierung, Fernerkundung, Agrarökonomie und die Sozialwissenschaften. Gemeinsam wollen sie ein Modellsystem entwickeln, das in der Lage sein wird, insbesondere diejenigen Interaktionen von Mensch und Klima abzubilden, die mit Veränderungen des kontinentalen Wasserkreislaufs verbunden sind.

Die Projektgruppen des SFB werden sich in der ersten, vierjährigen Förderphase zunächst auf Europa konzentrieren. Ziel ist es, ein gekoppeltes Modellsystem zu entwickeln, das neben der Dynamik der einzelnen Komponenten des Erdsystems auch deren Wechselwirkungen untereinander abbildet und insbesondere dazu dienen soll, die menschengemachten Einflüsse auf den natürlichen regionalen Wasserkreislauf zu quantifizieren. Die im SFB erzielten Forschungsergebnisse sollen als Grundlage für die Entwicklung von Kriterien für eine nachhaltige Land- und Wassernutzung dienen, im Sinne des regionalen Klimas.

Beteiligte Institutionen

• Forschungszentrum Jülich GmbH
• Deutsche Wetterdienst DWD
• Universität zu Köln
• Georg-August-Universität Göttingen

Laufzeit

01.01.2022 - 31.12.2025 (1. Förderperiode)

Website

Sprecher

Prof. Dr. Eicke Latz
Institut für Angeborene Immunität
Venusberg-Campus 1
53127 Bonn

Zusammenfassung

Der SFB 1454 befasst sich mit dem Zusammenhang eines westlichen Lebensstils und chronisch entzündlichen Erkrankungen – etwa, wie eine übermäßige Kalorienzufuhr gepaart mit ungenügender Bewegung die Entwicklung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, neurodegenerativen Erkrankungen oder ein metabolisches Syndrom begünstigen. 

Die Forschenden untersuchen in einem ganzheitlichen Ansatz, warum lebensstil- oder umwelt-bedingte Faktoren, wie Fettleibigkeit, Rauchen oder eine zu geringe Bewegung, eine Fehl-Programmierung von Immunzellen beeinflussen und damit eine „Metaflammation“ verursachen – eine chronische Entzündung, die durch das Immunsystem ausgelöst wird. Die Wissenschaftler untersuchen, wie die Interaktion von Zellen im entzündeten Gewebe abläuft und wie molekulare Signalwege während der Metaflammation zur Entstehung von Krankheiten beitragen.

Der neue Wissenschaftsverbund ist im Transdisziplinären Forschungsbereich „Leben und Gesundheit“ angesiedelt. Dabei handelt es sich um einen von sechs Forschungsbereichen der Universität Bonn, in denen Wissenschaftler aus den unterschiedlichen Fakultäten und Disziplinen zusammenkommen, um gemeinsam an zukunftsrelevanten Forschungsthemen zu arbeiten. Der SFB vereint die Expertise von Wissenschaftlern der Medizinischen Fakultät, Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät und der Philosophischen Fakultät. Darüber hinaus sind Forscher vom Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) in Bonn, vom Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung in Köln und vom „Braunschweig Integrated Centre of Systems Biology“ beteiligt. Die meisten Teilprojekte des neuen SFBs werden von Wissenschaftlern des Universitätsklinikums Bonn sowie des Life and Medical Sciences-Instituts (LIMES) bearbeitet.

Um die experimentellen Daten zu modellieren und bioinformatisch zu analysieren, sind Mitglieder des Transdisziplinären Forschungsbereichs „Mathematik, Modellierung und Simulation komplexer Systeme“ der Universität Bonn im Einsatz. Die neu entdeckten Mechanismen wollen die Forschenden sowohl bei Patienten als auch in der groß angelegten „Rheinlandstudie“ des DZNE weiter untersuchen, bei der die Faktoren gesunden Alterns im Mittelpunkt stehen.

Ein Alleinstellungsmerkmal des SFB ist der systemimmunologische Ansatz, mit dem komplexe Mechanismen untersucht werden, die Krankheiten entstehen lassen. Die Forschenden wollen kausale Zusammenhänge zwischen verschiedensten Auslösern einer chronischen Entzündung und der Programmierung von Immunzellen herstellen und zugleich den Einfluss auf den Gesamtorganismus betrachten.

Diese Erkenntnisse sollen zum einen neue Therapieansätze und die Entwicklung von Medikamenten hervorbringen. Zum anderen sollen die neu entdeckten Mechanismen hinter der Entstehung von Metaflammation das nötige Wissen liefern, um häufigen Erkrankungen besser vorzubeugen, die auf eine ungesunde Lebensweise und Umwelteinflüsse zurückzuführen sind. Hier sind auch Mitglieder des Transdisziplinären Forschungsbereichs „Institutionen, Individuen und Gesellschaften“ beteiligt. Die Erkenntnisse werden zudem dazu beitragen, besser zu verstehen, warum verschiedene Volkskrankheiten schwere Krankheitsverläufe von COVID-19 bedingen.

Beteiligte Institutionen

• DZNE, Bonn
• Max Planck Institut für Stoffwechselforschung, Köln
• Technische Universität Braunschweig

Laufzeit 

01.01.2021 - 31.12.2024 (1. Förderperiode)

Website

Sprecher

Prof. Dr. Heinz Beck
Laboratory for Experimental Epileptology and Cognition Research
Department of Epileptology
Life & Brain Center
Sigmund-Freud-Str. 25
53127 Bonn

Zusammenfassung

Die Forscher im interdisziplinär aufgestellten SFB 1089 möchten einen bedeutenden Beitrag zum besseren Verständnis der Arbeitsweise des Gehirns leisten. Besonderes Ziel ist aber auch, die Fehlfunktion des Gehirns bei zwei der häufigsten neurologischen Krankheiten zu untersuchen: Epilepsie und Alzheimer'sche Erkrankung.
Auf der elementarsten Ebene wollen die Forscher die Eigenschaften einzelner Synapsen - den Kontaktstellen zwischen Nervenzellen - untersuchen. Dabei soll auch erforscht werden, wie diese Verbindungen zwischen den Gehirnzellen durch Erkrankungen in ihrer Struktur und Funktion beeinflusst werden. Auf der nächsthöheren Ebene möchten die Wissenschaftler herausbekommen, wie die vielen zehntausend synaptischen Eingangssignale, die an Zellfortsätzen der Nervenzellen – sogenannten Dendriten – eintreffen, verarbeitet werden. Auch hier stehen Epilepsie und Alzheimer'sche Erkrankung im Mittelpunkt. Auf der Ebene neuronaler Netzwerke geht es den Forschern darum, das Zusammenspiel verschiedener Nervenzellarten bei der Entstehung normaler und abnormer Aktivität zu verstehen.
Am Sonderforschungsbereich sind unter anderem Neuropathologen, Molekulargenetiker, Neurophysiologen, Zellbiologen, Chemiker und zelluläre Neurowissenschaftler beteiligt. Dieser interdisziplinäre Ansatz erlaubt es, eine Kombination von neuartigen Techniken zur Anwendung zu bringen – insbesondere solche, die es erlauben, die Aktivität von Nervenzellen im intakten Tiermodell zu messen und gleichzeitig die Aktivität definierter Nervenzellen zu kontrollieren.

Beteiligte Institutionen:

• Forschungszentrum Caesar, Bonn
• Deutsche Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE), Bonn
• Weizmann-Institut für Wissenschaften, Israel
• Universität zu Köln 

Laufzeit
01.10.2013 - 30.06.2025 (3. Förderperiode)

Website³³³²²²

Sprecher

Prof. Dr. Stefan Müller
Institut für Angewandte Mathematik
Endenicher Allee 60
53115 Bonn

Zusammenfassung

Das Ziel dieses Sonderforschungsbereichs (SFB) ist zu verstehen, wie aus dem Zusammenspiel vieler Einheiten auf kleinen Skalen neue emergente und universelle Phänomene auf großen Skalen entstehen. Der SFB entwickelt dazu neue rigorose mathematische Konzepte und Methoden und erprobt und schärft diese Methoden in konkreten Situationen. Die Forschung im SFB ist in drei eng verknüpften Projektgruppen organisiert:A. Von der Quantenmechanik zu kondensierter Materie und MaterialwissenschaftenB. Stochastische Systeme und KontinuumlimitesC. Geometrische Strukturen und hochdimensionale ProblemeDie Teilprojekte in Projektgruppe A studieren kollektive Effekte in klassischen und quantenmechanischen Systemen. Dabei werden insbesondere die Boltzmanngleichung und ihre quantenmechanische Variante, effiziente Multilevel-Approximationen der Vielteilchen-Schrödingergleichung, die statistische Mechanik von Festkörpern und die effektive Beschreibung komplexen Materialverhaltens untersucht. Projektgruppe B behandelt stochastische Systeme und den Grenzübergang zu kontinuierlichen Modellen. In zahlreichen Situationen in den Naturwissenschaften hängt das effektive Verhalten nicht von den Details der zufälligen Struktur auf kleinen Skalen ab. Tatsächlich entstehen interessante Effekte wie Phasenübergänge, Alterung oder universelles Verhalten erst im Limes unendlicher oder kontinuierlicher Systeme.Die Projekte in Projektgruppe C wenden sich in systematischer Weise analytischen, wahrscheinlichkeits-theoretischen und algorithmischen Aspekten hochdimensionaler Probleme zu und untersuchen die Identifikation und die effiziente Approximation emergenter geometrischer Strukturen.Während der ersten beiden Förderperioden hat der SFB weitreichende neue Resultate zur mathematischen Analyse emergenter Effekte erzielt und dabei die Synergie zwischen Analysis, Wahrscheinlichkeitstheorie und Numerik in Bonn entscheidend gestärkt. In der beantragten dritten Förderperiode wird der SFB darauf aufbauend neue Interaktionen entwickeln und neue Herausforderungen angehen, insbesondere in folgenden Bereichen : Optimaler Transport und Wasserstein-Gradientenflüsse, Lernen und Modellreduktion für hochdimensionale Probleme, Universalität, Renormierung und Selbstähnlichkeit, multilineare harmonische Analysis und langreichweitige Wechselwirkungen.

Beteiligte Institution:

• Humboldt-Universität zu Berlin

Laufzeit
01.01.2013 - 31.12.2024 (3. Förderperiode)

Website³⁴⁴³³

Sprecher

Prof. Dr. med. Alexander Pfeifer
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universitätsklinikum Bonn (AöR)
Biomedizinisches Zentrum (BMZ)
Venusberg-Campus 1
53127 Bonn

Zusammenfassung

Der SFB beschäftigt sich mit Metabolismus/Diabetes und fokussiert auf braunes Fett. Man unterscheidet zwei unterschiedliche Fettgewebe, braunes und weißes Fettgewebe. Im Gegensatz zu weißen sind braune Fettzellen darauf spezialisiert, Energie in Wärme umzusetzen (Thermogenese). Die Aktivität des humanen braunen Fettgewebes korreliert mit Normalgewicht und schützt offenbar vor kardiovaskulären Erkrankungen.

Der Forschungsverbund erforscht die Regulation der Thermogenese:

1) die Interorgan-Kommunikation zwischen Leber, Muskel, Darm und thermogenem Fettgewebe,

2) die Zell-Zell-Kommunikation im thermogenen Fettgewebe und

3) die intrazelluläre Kommunikation zwischen Organellen und Signalwegen.

Zu diesem Zweck werden fortschrittliche Omics-Technologien, Zellkultursysteme muriner und humaner Fettzellen sowie neue transgene Mausmodelle verwendet. Ziel ist es mittel- bis langfristig neue therapeutische Ansätze zur Behandlung metabolischer Erkrankungen zu etablieren.

Beteiligte Institutionen:

Universität Hamburg
Technische Universität München
Helmholtz Zentrum München

Laufzeit:
01.01.2022 - 31.12.2025 (1. Förderperiode)

Website

Sprecher

Prof. Dr. Georg Nickenig
Medizinische Klinik und Poliklinik II
Venusberg-Campus 1
53127 Bonn

Zusammenfassung

Das aortale System umfasst die Aortenklappe, die Aorta ascendens, sowie dem thorakalen und abdominellen Abschnitt der Aorta descendens. Jeder Abschnitt des aortalen Systems weist eine einzigartige zelluläre und molekulare Zusammensetzung auf, ist spezifischen mechanischen Belastungen ausgesetzt und entwickelt eigenständige Erkrankungen. Trotz dieser Heterogenität der einzelnen Abschnitte untereinander, liegen allen Funktionsstörungen des aortalen Systems gemeinsame pathophysiologische Mechanismen zugrunde. Biologische, chemische und physikalische Stressoren führen zu einer Dysfunktion des Endothels, einer Rekrutierung und Aktivierung von Immunzellen sowie einer Modifikation des Metabolismus von interstitiellen Zellen. Dieses lokale proinflammatorische Milieu stimuliert eine vermehrte und fehlerhafte Produktion extrazellulärer Matrix und stellt die Grundlage für Aortenerkrankungen dar. Aktuelle Untersuchung legen nahe, dass nicht nur die Reaktion residenter Zellen auf Stressoren, sondern auch deren Interaktion mit umliegenden und zirkulierenden Zellen elementar in der Pathogenese aortaler Erkrankungen sind. Zudem wird die individuelle Anfälligkeit für spezifische Krankheitsentitäten stark von einer bislang ungeklärten genetischen Prädisposition bestimmt. Obwohl die Inzidenz aortaler Erkrankungen hoch ist, diese mit einer ausgesprochen hohen Mortalität assoziiert sind und meist risiko-behaftete Interventionen benötigen, wurden die einzelnen Pathologien des aortalen Systems bislang nicht umfassend untersucht. Deren Zusammenhang und die gemeinsamen Auswirkungen einzelner Krankheitsentitäten auf das gesamte aortale System bleiben unklar.

Ziel dieser Forschungsinitiative ist es die molekularen und zellulären Mechanismen in residenten und nicht-residenten Zellen bei aortalen Erkrankungen besser zu verstehen. Ein besonderer Fokus liegt hierbei jeweils auf der Aortenklappenstenose, dem Aortenaneurysma und der Aortendissektion. In einem zweiten Schritt planen wir neue pharmakologische, interventionelle und operative Strategien zu entwickeln um neu präventive und therapeutische Ansätze zu etablieren. Um diese Ziele zu erreichen, werden wir ein breites Spektrum an in vitro, in vivo und humanen Studien durchführen. Diese beinhalten spezifische Zellkultursysteme, diverse Tiermodelle sowie humane genomweite Assoziationsstudien. Schlussendlich werden die so erworbenen neuen Kenntnisse im Rahmen eines translationalen Ansatzes in klinische Studien übertragen und überprüft werden. Die Wissenschaftler*innen und Projekte der Initiative wurden gezielt zusammengestellt um unser rudimentäres Verständnis fundamentaler Prinzipien in der Pathogenese von aortalen Erkrankungen zu erweitern und gezielt neue individualisierte Therapieregime zu entwickeln. Die drei beantragenden, räumlich eng benachbarten Universitäten bringen Grundlagen- und klinische Forscher*innen zusammen, um die bisher bestehende Erkenntnislücke in dem Gebiet der Aortenerkrankungen zu schließen.

Beteiligte Institutionen:

• Heinrich Heine Universität Düsseldorf
• Universität zu Köln
• IUF - Leibniz-Institut für umweltmedizinische Forschung gGmbH, Düsseldorf
• University of Amsterdam

Laufzeit:
01.07.2023 - 30.06.2027 (2. Förderperiode)

Website⁶⁶⁵

Standort-Sprecher

Prof. Dr. Gunther Hartmann
Institut für Klinische Chemie und Klinische Pharmakologie
Venusberg-Campus 1
53127 Bonn

Zusammenfassung

Standortsprecherin

Professor Dr. Britta Klagge
Geographisches Institut
Meckenheimer Allee 166
53115 Bonn

Zusammenfassung

Der Sonderforschungsbereich unter dem Titel „Future Rural Africa. Future-making and social-ecological transformation“ wird an der Universität Bonn in Kooperation mit der Universität zu Köln in den nächsten vier Jahren durchgeführt. Beteiligt an diesem Verbundprojekt sind außerdem das Bonn International Center for Conversion (BICC), die Universität Münster, die Charité an der Humboldt-Universität in Berlin, und selbstverständlich auch zahlreiche Kooperationspartner in Afrika. Der SFB/TR 228 wird von 22 Antragstellenden aus verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen getragen. Er umspannt ein Spektrum von der Agrarökonomie über die Bodenkunde und die Ethnologie bis zu Politikwissenschaften, Vegetationsökologie und Virologie. Die Geographie bildet in diesem breiten Fächerspektrum die zentrale Disziplin und schlägt in gewisser Weise eine Brücke zwischen den Natur- und Agrarwissenschaften auf der einen Seite und den Kultur- und Sozialwissenschaften auf der anderen Seite. Sprecher des SFB/TR 228 ist Prof. Detlef Müller-Mahn. Bei der Antragstellung wurde er unterstützt von Dr. Claudia Gebauer, die ab Januar 2018 die Leitung der SFB-Geschäftsstelle im Geozentrum übernehmen wird. Weitere „Principal Investigators“ des GIUB sind die Professorinnen Mariele Evers, Britta Klagge und Julia Verne. Die Beteiligung von drei weiteren Geographen von der Universität zu Köln, den Professoren Georg Bareth, Peter Dannenberg und Javier Revilla Diez, unterstreicht die besondere Bedeutung des Faches in diesem Verbund.

Der SFB/TR 228 besteht aus 14 wissenschaftlichen Teilprojekten, die sich jeweils mit spezifischen Aspekten der sozial-ökologischen Transformation befassen. Gemeinsam untersuchen sie den Zusammenhang von Landnutzungswandel und Zukunftsgestaltung im ländlichen Afrika. Mit dem Fokus auf „Future-making“ nehmen die Beteiligten dieses Großprojektes eine Perspektive ein, die sich von älteren Ansätzen der sozial-ökologischen Forschung unterscheidet. Im Mittelpunkt stehen hier nämlich die afrikanischen Akteure und deren Vorstellungen, Wünsche und Erwartungen in Hinsicht auf die Gestaltung zukunftsorientierter Entwicklungen. Das Rahmenkonzept des SFBs orientiert sich dabei an neueren Debatten der Zukunftsforschung. Es unterscheidet zwischen Zukunftskonzepten, die Wahrscheinlichkeiten, Prognosen und Modelle in den Mittelpunkt stellen, und Konzepten, die Zukunft in Form von Visionen, Wünschen und Hoffnungen begreifen. Während erstere hauptsächlich in naturwissenschaftlichen Forschungen verwendet werden, bevorzugen sozialwissenschaftliche Zugänge die letztgenannten Konzeptualisierungen von Zukunft. Letztlich sind beide Varianten wichtig, um die Gestaltung von Zukunft bzw. „Zukunft-Machen“ im Spannungsfeld zwischen Wahrscheinlichkeiten und Möglichkeiten zu verstehen. Darum wird es gehen, wenn sich die verschiedenen Teilprojekte ab Januar 2018 mit Zukunft im ländlichen Afrika beschäftigen.

Der regionale Forschungsfokus des neuen Sonderforschungsbereichs richtet sich auf das Kenianische Rift Valley, den landwirtschaftlichen Wachstumskorridor in Süd-Tansania und den grenzüberschreitenden Kavango-Zambezi-Park im südlichen Afrika. Die Wissenschaftler untersuchen, wie sich die scheinbar gegenläufigen Prozesse der landwirtschaftlichen Intensivierung einerseits und der Ausweitung von Naturschutzgebieten andererseits auf den künftigen Wandel der Landnutzung auswirken. Es geht dabei um so unterschiedliche Phänomene wie zum Beispiel den Einsatz von Mobiltelefonen in der Agrarberatung, die Nutzung alternativer Energien, landwirtschaftliche Ertragssteigerungen und „Grünes Wachstum“, aber auch um Landkonflikte, neue Krankheiten und Armut.

Beteiligte Institutionen:

• Universität zu Köln (Sprecherhochschule)
• Bonn International Center for Conversion (BICC)
• Charité - Universitätsmedizin Berlin
• zahlreiche Kooperationspartner in Afrika

Laufzeit

01.01.2018 - 31.12.2025 (2. Förderperiode)

Website⁶⁶⁸

Standortsprecher

Prof. Dr. Sven Rady
Haussdorff Center for Mathematics &
Institute for Microeconomics
Adenauerallee 24-42
53115 Bonn

Zusammenfassung

Der Sonderforschungsbereich widmet sich drei zentralen gesellschaftlichen Herausforderungen: (i) wie Chancengleichheit gefördert werden kann;

(ii) wie Märkte in Anbetracht der Internationalisierung und Digitalisierung wirtschaftlicher Aktivitäten reguliert werden sollen;

(iii) wie ein stabiles Finanzsystem gestaltet werden kann.

In einer Marktwirtschaft hängen das persönliche Wohlergehen und der Lebenserfolg wesentlich von individuellen Konsum- und Investitionsentscheidungen und den bestehenden Marktbedingungen ab. Die individuellen Entscheidungskompetenzen und Fähigkeiten werden insbesondere in Familie und Schule erworben. Die bestehenden Marktbedingungen sind das Ergebnis der Entscheidungen anderer Akteure auf Produkt- und Finanzmärkten, die wiederum in das bestehende Rechts- und Regulierungssystem eingebettet sind. Diese Perspektive legt es nahe, drei wichtige Bereiche staatlichen Handelns gemeinsam zu betrachten: Familien- und Bildungspolitik, Produktmarktregulierung und Finanzmarktregulierung. In diesen drei Bereichen erforschen wir grundlegende Aspekte des individuellen Entscheidungsverhaltens. Dabei gehen wir von der Prämisse aus, dass geeignete Lösungsansätze für die obigen Herausforderungen auf Modellen menschlichen Verhaltens aufbauen müssen, die auf die jeweilige konkrete Fragestellung zugeschnitten sind. Auf Basis eines breiten Methodenspektrums aus der theoretischen und empirischen Wirtschaftsforschung untersuchen wir die wirtschaftlichen Auswirkungen spezifischer Politikmaßnahmen und Institutionen und entwickeln neue institutionelle Lösungen und Politikmaßnahmen. Starke Komplementaritäten zwischen den Teilprojekten innerhalb jedes Bereichs, zwischen den drei Bereichen und zwischen den beiden Standorten ermöglichen eine international sichtbare Forschung, die die Volkswirtschaftslehre als eine Sozialwissenschaft in den Blick rückt, die zur Bewältigung gesellschaftlicher Herausforderungen beiträgt. Gezielte Maßnahmen zur Verbreitung der Forschungsergebnisse sowie die Erfahrung der beteiligten Forscher in der Kommunikation mit einem breiten Publikum stellen sicher, dass die Forschung des SFBs auch in die politische Diskussion hinein wirkt.

Beteiligte Institution:

• Universität Mannheim (Sprecherhochschule)

Laufzeit

01.01.2018 - 31.12.2025 (2. Förderperiode)

Website⁷⁷⁹⁹⁹⁹

Standortsprecherin

Prof. Dr. Corinna Kollath
Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik
Nussallee 14-16
53115 Bonn

Zusammenfassung

Ein weit verbreitetes Paradigma der Physik ist, dass Quanteneffekte nur dann für die Eigenschaften eines Systems ausschlaggebend sind, wenn dieses so gut wie möglich von seiner Umgebung isoliert ist. Diese Isolation ist Grundvoraussetzung vieler Quantentechnologien. Der zentrale Ansatz des SFB/TR 185 ist die umgekehrte Herangehensweise. Wir betrachten die Kopplung von Quantensystemen an Reservoire als potentiell nützliches Werkzeug und nicht als ein unvermeidbares Ärgernis. Die Vision des SFBs ist es, externen Antrieb und maßgeschneiderte Reservoire einzusetzen, um die Effekte generischer, unkontrollierter Umgebungen zu kompensieren und eine Toolbox für die Kontrolle von Ein- und Vielteilchen-Quantensystemen mittels offener Systeme zu entwickeln. Dieses beinhaltet die Erzeugung, Kontrolle und Stabilisierung von interessanten Quantenzuständen ebenso wie die Anregung und Manipulation kollektiver Prozesse. Der Zugang umfasst darüber hinaus die Zusammenführung des sehr aktiven Forschungsfeldes topologischer Systeme mit Kontrollverfahren basierend auf offenen Systemen. Das Ziel ist es, die grundlegenden Mechanismen offener Systeme zu verstehen und diese als Werkzeug zu verwenden, welches Möglichkeiten eröffnet, die weit über das hinausgehen, was in geschlossenen Quantensystemen erreichbar ist. Das Forschungsfeld der Kontrolle durch Kopplung an maßgeschneiderte Reservoire ist ein junges Feld und der SFB/TR 185 hat während der ersten Förderperiode maßgeblich an seiner Entwicklung mitgewirkt. Die experimentellen Plattformen unserer Forschung sind Atome und Photonen, da für diese Systeme die verfügbaren Kontrolltechniken und Messverfahren am weitesten entwickelt sind. Für diese ist es oft möglich, eine mikroskopische Kontrolle und ein detailliertes Verständnis von Systemen und Umgebungen zu erlangen. Die betrachteten Systeme erstrecken sich von Photonen-Kondensaten über einzelne Atome, die an Quantenlicht gekoppelt sind, bis hin zu ultrakalten Quantengasen. Das Forschungsprogramm gliedert sich in drei komplementäre Teilbereiche. Im Bereich A, "Quanten-systeme aus wenigen Teilchen und Reservoire", wird der Einfluss maßgeschneiderter Umgebungen auf einzelne oder wenige Quantensysteme untersucht. Hier bieten die gewählten experimentellen Plattformen einen maximalen Grad der Kontrolle. Im Fokus der Aktivitäten im Forschungsbereich B, "Kontrolle quantenmechanischer Vielteilchensysteme durch Reservoire", stehen die Erzeugung und Manipulation kollektiver Zustände und Prozesse in komplexen Vielteilchensystemen. Aufgrund der Komplexität der Systeme können hier typischerweise nicht alle Freiheitsgrade kontrolliert und gemessen werden und die theoretische Beschreibung ist schwierig. Ziel der Forschung im Bereich C, "Topologische Zustände in Systemen aus Atomen und Photonen", ist es, neue Methoden der Stabilisierung von Quantenzuständen zu entwickeln, die generische Eigenschaften topologischer Systeme mit Kontrollverfahren auf der Basis offener Systeme verbinden.

Beteiligte Institution:

• Technische Universität Kaiserslautern (Sprecher-Hochschule)

Laufzeit

01.07.2016  - 30.06.2024 (2. Förderperiode)

Website¹⁰¹⁰

Teilprojektleiter Universität Bonn

Prof. Dr. Matthias Braunzialethik
Lehrstuhl für Sozialethik
Rabinstr. 8
53111 Bonn

Zusammenfassung
Der SFB „Empathokinästhetische Sensorik“ (EmpkinS) erforscht neuartige radar-, funk-, tiefenkamera- und photonikbasierte Sensortechniken sowie Körperfunktionsmodelle und Algorithmen, mit denen über die berührungslose Erfassung von Bewegungsparametern des Menschen eine Wahrnehmung und Bewertung der physiologischen und behavioralen Zustände und Körperfunktionen ermöglicht wird. EmpkinS verfolgt das Ziel, Sensortechnologien und Bewegungsdaten des menschlichen Körpers zu schaffen. Basierend auf diesen Daten völlig neuer Qualität und Quantität wird EmpkinS bahnbrechende Erkenntnisse im Bereich von biomechanischen, medizinischen und (psycho-)physiologischen Körperfunktionsmodellen und Wirkmechanismen sowie den Wechselwirmechanismen zwischen diesen erarbeiten. Die EmpkinS-Leitidee besteht darin, dass menschliche Bewegungsparameter sowohl der Makroebene (Körper bzw. Körpersegmente, kardiopulmonale Funktion) als auch der Mikroebene (Mimik, Faszikulation) feingranular aus der Ferne, d. h. minimal störend und nichtinvasiv erfasst werden. Aus diesen Daten werden dann die dem Bewegungsmuster zugrundeliegenden physiologischen und behavioralen Zustände unter Nutzung biomechanischer, neuro- und psychomotorischer Körperfunktionsmodelle algorithmisch rekonstruiert. Die Verknüpfung der körperinneren, biomedizinischen und der äußeren, medizintechnischen Ebenen, die durch die Sensorik sowie die Körperfunktionsmodelle und die Inversion der Wirkmechanismen geschaffen wird, ist hochinnovativ, außerordentlich komplex und bisher in vielen Bereichen unerforscht.Zur Lösung der herausfordernden Forschungsfragen umfasst EmpkinS ein interdisziplinäres Forschungsprogramm, das sich kohärent entlang der sensorischen Kette von der primären Sensortechnik (Projektbereich A) über die Signal- und Datenverarbeitung (Projektbereiche B und C), der zugehörigen Modellierung der Vorgänge im menschlichen Körper (Projektbereiche C und D) bis hin zur psychologischen bzw. medizinischen Interpretation (Projektbereich D) der Sensordaten gliedert. Ethikforschung (Projektbereich E) zur Sicherstellung eines verantwortungsvollen Einsatzes der EmpkinS-Technologie ist integraler Bestandteil des SFB.Das auf zwölf Jahre ausgelegte Forschungsprogramm des SFB EmpkinS wird Methodologien und Technologien erschaffen, die neuartiges Grundlagenwissen über die Verknüpfung von inneren biomedizinischen Prozessen des menschlichen Körpers mit äußerlich und berührungslos, per funk- und wellenbasierter Sensorik erfassbaren Informationen, bereitstellen werden. EmpkinS wird mit diesen medizintechnischen Sprunginnovationen völlig neuartige „digitale“, patientenzentrierte Diagnose- und Therapiemöglichkeiten für Medizin und Psychologie eröffnen.Die Medizintechnik stellt einen Forschungsschwerpunkt mit Leuchtturmcharakter der Region Erlangen-Nürnberg dar. Ausgehend von dem diesem exzellenten Hintergrund und mit den vielfältigen Vorarbeiten startet EmpkinS von einer schlagkräftigen sowie äußerst soliden Basis.

Sprecher: Universität Erlangen-Nürnberg

Laufzeit: seit 2021

Website

Teilprojektleiter Universität Bonn

Prof. Dr. med. Eicke Latz
Institut für Angeborene Immunität
Venusberg-Campus 1
53127 Bonn

Zusammenfassung

Zelltod ist ein grundlegender biologischer Prozess, der für die Aufrechterhaltung der Gewebshomöostase entscheidend ist und eine zentrale Rolle bei der Interaktion zwischen Wirt und Mikroorganismen und bei der Abwehr von Krankheitserregern in Tieren und Pflanzen spielt. Die jüngsten Entdeckungen molekular kontrollierter Pathways für lytischen Zelltod, darunter Nekroptose, Pyroptose und Ferroptose, haben gezeigt, dass Zellen zwischen verschiedenen Arten des regulierten Zelltods (regulated cell death, RCD) wählen können und zur Entwicklung des Konzepts geführt, dass die Auswirkungen des Zelltods auf der Ebene des Gewebes und des Organismus durch die Todesart einer Zelle wesentlich beeinflusst werden. Sterbende Zellen regulieren die Gewebeantwort durch Interaktion mit benachbarten Zellen, allerdings ist unklar, wie die Art des Zelltods das Ergebnis dieser Interaktion bestimmt. Während heute allgemein anerkannt ist, dass die verschiedenen RCD-Wege unterschiedliche Funktionen haben, beginnen wir erst jetzt, ihre jeweiligen physiologischen Rollen und deren Verknüpfung miteinander zu verstehen. Darüber hinaus sind die Mechanismen, die bestimmen, ob, wann und wie eine Zelle stirbt und welche Auswirkungen dies auf das umgebende Gewebe hat, noch wenig verstanden. Das übergeordnete Ziel dieses Sonderforschungsbereichs ist es, die Regulationsmechanismen sowie die funktionellen und physiologischen Folgen verschiedener Arten von RCD in der Physiologie und Pathologie des Organismus zu verstehen, wobei der Schwerpunkt auf Immunität, Entzündung und Wirt-Mikroben-Interaktionen liegt. Ein einzigartiger Aspekt unseres Ansatzes besteht darin, die Regulierung und Funktion des Zelltods bei Tieren und Pflanzen zu erforschen, um eine wechselseitige Befruchtung der beiden Felder unter Nutzung ihrer komplementären Stärken zu ermöglichen. Durch die Kombination von multi- und interdisziplinären Ansätzen zielt dieser SFB darauf ab, Antworten auf offene grundlegende Fragen in der Zelltodforschung zu geben und wichtige Beiträge zum besseren Verständnis der Regulierung und Funktion der verschiedenen Formen von RCD in der Physiologie und Pathologie des Organismus sowie der zugrundeliegenden Mechanismen zu leisten.

Sprecher: Universität zu Köln

Laufzeit: seit 2020

Website¹³¹⁴

Teilprojektleiter Universität Bonn

Professor Dr. Michael Hölzel
Institut für Klinische Chemie und Klinische Pharmakologie
Venusberg-Campus 1
53127 Bonn

Zusammenfassung

Das kleinzellige Bronchialkarzinom (SCLC) ist die aggressivste Lungenkrebs-Unterart. Leider ist nur wenig über die molekularen Mechanismen der Tumorentstehung bekannt. Insbesondere gibt es keine molekulare Erklärung für ein zentrales klinisches Merkmal: Während SCLC typischerweise initial empfindlich ist gegenüber Chemotherapie, ereilt die Patienten regelhaft ein therapieresistentes Rezidiv in kürzester Zeit. Kürzlich entdeckte Erkenntnisse über die Molekularbiologie dieser Tumore lieferten erste mechanistische Erkenntnisse. Wir planen nun, dieses neu gewonnene Wissen zu nutzen und eine ganze Reihe mechanistischer Analysen zu verfolgen, um unser Verständnis der molekularen Pathogenese des SCLC zu verbessern mit dem Ziel der Übertragung unserer neuartigen Erkenntnisse in die klinische Anwendung. Unser Konsortium ist hochgradig interdisziplinär und umfasst Fachwissen in den Bereichen Biochemie und Signaltransduktion, Strukturbiologie und Wirkstoffdesign, Tumorimmunologie, Mausmodelle, bioinformatische Krebsgenomik, molekulare Pathologie, sowie klinische Studien. Mitglieder unseres Konsortiums verfügen über umfassende Erfahrung in der interdisziplinären, fakultätsübergreifenden Zusammenarbeit. Wir bauen unser Konsortium auf einem Portfolio etablierter technologischer Plattformen auf, wie Genomik, Immunomik, Zellmodelle, genetische Mausmodelle und Bildgebung, sowie Algorithmen zum Verständnis der molekularen Evolution von SCLC. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Charakterisierung von Entdeckungen aus Hochdurchsatz-Assays in nachgeschalteten mechanistischen Experimenten. Unsere wissenschaftlichen Bemühungen sind eng mit der Klinik verbunden über eine translationale Plattform, die ein longitudinales Monitoring der Tumore unter Therapie und so Einblicke in Mechanismen der Evolution ermöglicht. Unser Ansatz wird so zu neuen Strategien für therapeutische Interventionen führen, die die Therapieresistenz überwinden können und letztendlich den Weg für kurative therapeutische Ansätze in der Zukunft ebnen. Zusätzlich zu unseren wissenschaftlichen Zielen wird dieser SFB den Leuchtturm für Präzisionsmedizin in Köln massiv stärken und dazu beitragen, die interdisziplinäre Forschung an unterschiedlichen Krebsarten miteinander zu verbinden. Ein wesentliches Augenmerk liegt auf für der Ausbildung junger Wissenschaftler und Kliniker. Insbesondere unser Graduiertenkolleg wird die strukturierte wissenschaftliche Ausbildung unserer Doktoranden durch einheitliche Kurse, vierteljährliche Symposien und ein etabliertes Austauschprogramm mit dem Massachusetts Institute of Technology und der Stanford University fördern.

Sprecher: Universität zu Köln

Laufzeit: seit 2019

Website¹⁴

Teilprojektleiterin Universität Bonn

Prof. Dr. Mariacarla Gadebusch Bondio
Institute for Medical Humanities
Venusberg-Campus 1
53127 Bonn

Zusammenfassung

Der geplante Sonderforschungsbereich zielt auf die Untersuchung der historischen und kulturellen Grundlagen von Wachsamkeit. Der Leitbegriff der Vigilanz wurde gewählt, um zwei Besonderheiten hervorzuheben: Erstens bleibt ihre Bewertung unentschieden: Akte der Wachsamkeit lassen sich als notwendig, sinnvoll, gewinnbringend oder gar heilsnotwendig ausweisen. Sie versprechen dann Sicherheit, Berechenbarkeit, Sündenvermeidung usw. Sie können aber auch als bedrohlich wahrgenommen und markiert werden, als Indiskretion, Überwachung oder Disziplinierungsversuch. Zweitens lässt sich Wachsamkeit nie ganz an Institutionen delegieren oder durch Apparate erledigen. Sie basiert wesentlich auf der Mitwirkung von Einzelnen, welche ihre zugespitzte Aufmerksamkeit partiell und situativ in den Dienst einer höheren Aufgabe stellen. Der SFB will klären, wie Individuen hierbei kulturell motiviert und angeleitet werden und wie sie dabei mit politisch-sozialen Anreizsystemen sowie technischen und institutionellen Möglichkeiten interagieren. Er wendet sich damit Phänomenen zu, die Religion, Recht, Politik, Gesundheit und auch der Subjektkonstitution vielfältig zugrunde liegen, ohne bislang historisch und systematisch zusammenhängend untersucht worden zu sein. Um die lange, bis in die Gegenwart reichende Geschichte und breite Variabilität von Vigilanz zu erschließen, setzt er auf eine interdisziplinäre Forschungsanstrengung, welche Perspektiven aus den Geschichts- und Rechtswissenschaften, den Ethnologien, der Medizingeschichte sowie den Literatur , Kunst- und Theaterwissenschaften zusammenführt. Er vermeidet bewusst Vorentscheidungen über einen leitenden Sinn der Wachsamkeit (wie das Auge) oder ein dominantes Modell ihrer Organisation (wie das Panoptikum) und bezieht sowohl Formen der Wachsamkeit gegenüber sich selbst wie auch gegenüber anderen ein. Auf diese Weise wird ein disziplinär vielfältig anschlussfähiges und zugleich heuristisch neue Erkenntnisse erschließendes Konzept von hoher Gegenwartsrelevanz in Anschlag gebracht.

Sprecher: Ludwig-Maximilians-Universität München

Laufzeit: seit 2019

Website¹⁵¹⁵¹⁵

Teilprojektleiterin Universität Bonn

Prof. Carmen Ruiz de Almodovar
Institut für Neurovaskuläre Zellbiologie
Venusberg-Campus 1
53127 Bonn

Zusammenfassung

Die Erforschung der Blutdruckregulierung, der Blutgerinnung, der Entzündungsmechanismen, der Atherosklerose sowie der Angiogenese bilden die fünf Hauptsäulen der Gefäßforschung. Die jüngsten Fortschritte im Verständnis der molekularen Mechanismen, die die organotypische vaskuläre Differenzierung und Funktion steuern, spiegeln die Entstehung einer sechsten Säule der vaskulären Biologie wider für den wir den Begriff „Angioscience“ geprägt haben. „Angioscience“ zielt darauf ab, (i) das molekulare Repertoire der organotypisch differenzierten Zellen der Gefäßwand (nicht nur der Endothelzellen) bis auf die Ebene einzelner Zellen zu entschlüsseln und die dabei beteiligten molekularen Mechanismen aufzuklären, (ii) die multidirektionalen molekularen Wechselwirkung von Gefäßwandzellen mit den Zellen ihrer Mikroumgebung sowie systemischer Effekte, die von organotypischen Gefäßen gesteuert werden, zu analysieren, (iii) die Nischenfunktionen organo-typischer Gefäße molekular und mechanistisch zu verstehen, und (iv) die Entwicklung und Differenzierung verschiedener organotypischer Gefäße in Gesundheit und Krankheit zu untersuchen. Auf der Grundlage dieser konzeptionellen Überlegungen wurde 2019 der SFB 1366 "Vaskuläre Kontrolle der Organfunktion" eingerichtet, der sich auf die aktive Rolle von Endothelzellen und umgebender muraler Zellen bei der Kontrolle physiologischer und pathologischer Prozesse in organspezifischen Gewebemikroumgebungen, den sogenannten vaskulären Nischen, konzentriert. Organotypisch differenzierte Zellen der Gefäßwand, insbesondere organspezifische Endothelzellen, steuern die Funktionen der vaskulären Nische während der Organentwicklung sowie unter verschiedenen physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen, indem sie vaskuläre Signalmoleküle, die sogenannten Angiokine, sezernieren sowie weitere angiokrine Substanzen, wie Moleküle der extrazellulären Matrix, Adhäsionsmoleküle und andere Oberflächenrezeptoren, erzeugen und exprimieren. Daher üben Blutgefäße wichtige Regulierungs- und Kontrollfunktionen bei der Entwicklung von Krankheitsprozessen aus, und sind des Weiteren wichtige Ziele für neuartige und fortschrittliche Therapien für Stoffwechsel- und Entzündungskrankheiten sowie Krebs („angiotargeted therapies“).

Sprecher: Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

Laufzeit: seit 2019

Website

Teilprojektleiter Universität Bonn

Professor Dr. Felix Meißner
Institut für Angeborene Immunität
Venusberg-Campus 1
53127 Bonn

Zusammenfassung

Das Immunsystem spielt eine zentrale Rolle sowohl bei der Entstehung und dem Verlauf von Krebserkrankungen als auch bei der Tumortherapie. Die einzigartige Fähigkeit des Immunsystems, Krebszellen unterschiedlicher Herkunft hocheffektiv zu erkennen und daraufhin effiziente Immunantworten zur Elimination der Tumorzellen zu vermitteln, wird äußerst erfolgreich für die Tumorimmuntherapie eingesetzt, welche die Prognosen individueller Krebspatienten dramatisch verbessern konnte. Dennoch sind Antitumor-Immunantworten häufig nicht hinreichend produktiv oder nur von kurzer Dauer. Außerdem können pathologische Immunsignale im Mikromilieu von Krebszellen das Wachstum der Tumorzellen sogar befördern oder Antitumor-Antworten aktiv durchbrechen. Weiterhin können Immunzellen selbst bösartig entarten und zu Leukämien oder Lymphome werden, welche häufig durch onkogene Mutationen in Immunrezeptor-Signalmodulen ausgelöst werden. Wir betrachten pathologischen Signale, die von Immunzellen ausgehen oder über diese vermittelt werden um bösartiges Wachstum zu befördern, als aberrante Immunsignale bei Krebserkrankungen. Unser interdisziplinäres Konsortium aus klinischen Forschern und Grundlagenwissenschaftlern aus der Immunologie und Onkologie erforscht in enger Zusammenarbeit, wie solche aberranten Immunsignale die Entwicklung hämatopoetischer Neoplasien auslösen, tumorfördernde Entzündungsreaktionen treiben oder zur einer Durchbrechung der antitumoralen Immunität führen. Hierzu fokussieren wir uns auf ausgewählte Krebserkrankungen des hämatopoetischen Systems, des Gastrointestinaltrakts und der Haut in Situationen, in denen ein klarer klinischer Zusammenhang zwischen abweichendem Immunsignal und neoplastischem Wachstum nachgewiesen wurde. Unter Verwendung relevanter Mausmodelle und primärem Biomaterial von Tumorpatienten nutzen wir neuartige Methoden der molekularen und zellulären Immunologie und Tumorbiologie, Organoide und in-vivo-Screening-Verfahren, sowie hochauflösende Mikrobiom-, Metabolom- und Einzelzellanalaysen um neue Erkenntnisse über fehlerhafte Immunsignale bei Krebserkrankungen zu erhalten. Diese sollen zur Entwicklung besserer Strategien für eine immungerichtete Tumortherapie beitragen.

Sprecher: Technische Universität München

Laufzeit: seit 2018

Website

Teilprojektleiterin Universität Bonn

Prof. Dr. Corinna Kollath
Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik
Nußallee 14-16
53115 Bonn

Zusammenfassung

Die Entwicklung neuer Materialien ist eine wichtige Basis für technologische Innovationen, die unser tägliches Leben grundlegend - wenn auch oft unbemerkt - verändern. Beispiele hierfür sind etwa die Entwicklung neuartiger Datenspeicher, deren Lese- und Schreibköpfe in geschickter Weise den Magnetwiderstand nutzen. Die Entdeckung zweidimensionaler Materialien wie Graphen hat weltweit eine Welle an Forschungsinitiativen ausgelöst mit dem Ziel, innovative Anwendungen dieser faszinierenden Materialien zu erkunden. Ähnliches gilt für Spin-Bahn-gekoppelte Materialien wie die kürzlich entdeckten topologischen Isolatoren, deren neuartigen Eigenschaften ebenfalls komplett neue Funktionalitäten erwarten lassen. Der Schlüssel zu diesen Entwicklungen war eine Grundlagenforschung, welche die Entdeckung neuer Materialien, die Entwicklung neuer theoretischer Konzepte und die Suche nach dem Verständnis unbekannter Phänomene zum Ziel hatte. Die materialorientierte Grundlagenforschung ist daher ein sich rasch entwickelndes, interdisziplinäres, hoch kompetitives Feld. An vorderster Front dieses Feldes steht heute die Untersuchung von Quantenmaterialien, in denen relativistische Effekte wie die Spin-Bahn-Wechselwirkung und nicht-triviale Topologie eine tragende Rolle spielen. Gleichzeitig zeigt sich, dass in Materialien mit starken elektronischen Korrelationen besonders interessante Ordnungsphänomene wie Supraleitung, Magnetismus und andere exotische Phasen realisiert werden können. Genau an der Schnittstelle dieser Forschungsfelder möchten wir einen Sonderforschungsbereich bilden mit den zentralen Zielen, Quantenmaterialien zu synthetisieren, umfassend zu charakterisieren und ultimativ eine präzise Kontrolle der physikalischen Eigenschaften dieser Materialien zu gewinnen – um ihre Dynamik zu verstehen, sie zu kontrollieren und neue Funktionalitäten zu ermöglichen. Gerade in Materialien, die starke Korrelationen mit interessanten topologischen Eigenschaften verknüpfen, erwarten wir eine Vielzahl von neuartigen, bisher noch unentdeckten Phänomenen. Um diese ambitionierten Ziele zu erreichen, haben wir ein breit aufgestelltes Team von Wissenschaftler*innen aus experimenteller und theoretischer Physik, Kristallographie und Chemie geformt. Unterstützt wird dieses Team durch die ausgezeichnete wissenschaftliche Infrastruktur der Universität zu Köln – etwa den Kernprofilbereich „Quantenmaterie und -materialien“, den die Universität zu Köln als Teil ihrer institutionellen Strategie im Rahmen der Exzellenzinitiative etabliert hat. Das Kölner Team wird ergänzt durch zwei exzellente Gruppen mit unentbehrlichen Zusatzkompetenzen an der Universität Bonn und dem Forschungszentrum Jülich. Eine wichtige Basis unseres Forschungsvorhabens ist es, den kompletten Kreislauf von „Materialien – physikalische Eigenschaften – Theorie“ innerhalb des geplanten Sonderforschungsbereichs zu realisieren, der bereits heute ein Eckpfeiler des Erfolgs der Kölner Festkörperphysik ist. Dabei werden physikalische Phänomene und Materialien aus einer Vielzahl unterschiedlicher Blickwinkel untersucht, die wir in fünf „focus areas“ zusammengefasst haben. Der geplante Sonderforschungsbereich wird den Forschungsschwerpunkt der Kölner Festkörperphysik und die assoziierten Gruppen in Bonn und Jülich stärken und zu einem international führenden Zentrum der Festkörperphysik ausbauen. Unsere Vision ist es, neuartige kollektive Phänomene in Quantenmaterialien, die aus dem Wechselspiel von Spin-Bahn-Wechselwirkung, Korrelationen und Topologie entstehen, zu entdecken, zu verstehen und zu kontrollieren.

Sprecher: Universität zu Köln

Laufzeit: seit 2016

Website¹⁶

Teilprojektleiterin Universität Bonn

Prof. Dr. Christa E. Müller
Pharmazeutisches Institut
Pharmazeutische Chemie I
An der Immenburg 4
53121 Bonn

Zusammenfassung

Extrazelluläre und intrazelluläre Adeninnukleotide (AN) steuern oder modulieren nahezu alle zentralen Vorgänge in Biologie und Medizin. Sie sind essentielle und ubiquitäre Moleküle, die grundlegende zelluläre Prozesse modulieren und regulieren, u.a. (i) die Zell-Zell-Kommunikation und (ii) die intrazelluläre Signaltransduktion.Im Bereich der extrazellulären AN gibt es folgende, bislang ungeklärte Fragestellungen. Bei der Signalfunktion während entzündlicher Prozesse durch extrazelluläre AN, z.B. Adenosintriphosphat (ATP) oder Nikotinamidadenindinukleotid (NAD), ist unklar, wie die Dynamik der zeitlich-räumlichen Freisetzung reguliert wird, wie der Umbau dieser AN durch Ektoenzyme erfolgt, und wie einzelne AN das Gleichgewicht entzündlicher Prozesse beeinflussen. Für intrazelluläre AN, die Funktionen als sekundäre Botenstoffe erfüllen, wie z.B. Nikotinsäureadenindinukleotidphosphat (NAADP) oder 3’-5’-Cyclo-Adenosinmonophosphat (cAMP), ist deren präzise Funktion bei der zeitlich-räumlichen Koordinierung von Signalprozessen häufig nicht bekannt. Dies betrifft insbesondere Fragen nach der Bildung von Mikrodomänen der sekundären Botenstoffe, z.B. mit metabolisierenden Enzymen, Bindungsproteinen oder Ionenkanälen, oder durch NAADP oder andere AN regulierte Calcium-Mikrodomänen.Das Hauptziel des SFB ist ein tieferes und genaueres Verständnis der regulatorischen Funktionen der AN, sowie deren Bildung bzw. Metabolismus im Kontext entzündlicher Erkrankungen. Spezifische Ziele sind das Verständnis (i) der Modulation des Gleichgewichts von pro- und anti-inflammatorischen Prozessen durch AN-metabolisierende Ektoenzyme und Rezeptoren, sowie (ii) der AN-vermittelten Signaltransduktion in den Bereich Calcium-und cAMP-Signaling in der Entzündung.Als Basis für den SFB dient das Forschungsnetzwerk “Regulatory Adenine Nucleotides at Membranes” (Landesforschungsförderung Hamburg; Förderung von 2014 bis 2017). Neben Wissenschaftlern des zentralen Standorts Hamburg sind ausgewiesene Forscher aus Göttingen, Bonn, München und Genua (Italien) beteiligt. Durch Integration unterschiedlicher Fachgebiete soll durch den SFB eine neue, integrale Sichtweise von AN-Biologie und -Pathophysiologie entwickelt werden. Diese dient dann als Basis für neuartige diagnostische Methoden und innovative Behandlungsstrategien im Bereich entzündlicher Erkrankungen des Immunsystems, des Fettgewebes, sowie des zentralen Nervensystems.

Beteiligte Hochschulen:

• Ludwig-Maximilians-Universität München 
• Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (Sprecher-Hochschule)
• Georg-August-Universität Göttingen 
• Università degli Studi di Genova 

Beteiligte Einrichtung:

• Consiglio Nazionale delle Richerche Institute of Protein Biochemistry, Napoli 

Laufzeit: Seit 2018

Website

Teilprojektleiter Universität Bonn

Prof. Dr. Niels Lemmermann
Institut für Virologie
Venusberg Campus 1
53127 Bonn

Zusammenfassung

Das Immunsystem hat die Aufgabe, Gewebe vor Infektionen, malignen Veränderungen und damit verbundenen Schäden zu schützen. Die koordinierte Interaktion von angeborenem und adaptivem Immunsystem resultiert in einer effizienten Eliminierung von Pathogenen und transformierten Zellen. Gleichzeitig kann eine gestörte Interaktionen dieser beiden Systeme die Entstehung von Tumoren und persistierenden Infektionen begünstigen. Das vertiefte Verständnis der Mechanismen, die einer gestörten Interaktion zu Grunde liegen, bietet die Möglichkeit Therapien zu entwickeln, die eine normale Funktion des Immunsystems und seiner Komponenten wieder herstellen und so eine effiziente Bekämpfung von entarteten und infizierten Zellen ermöglicht.Seit 2018 beschäftigen wir uns damit, wie Störungen des angeborenen Immunsystems die Funktion des adaptiven Immunsystem beeinträchtigen und somit die Entstehung von Tumoren und die Chronifizierung von Infektionen begünstigt. Besondere Schwerpunkte wurden auf die Rolle von Faktoren, die von Tumorzellen sekretiert werden, die Modulation von Signalwegen und die Beteiligung von Öberflächenmolekülen, sowie lösliche Mediatoren wie Zytokine, Typ1-Interferone und Komponenten des Gerinnungssystems gelegt. In der neuen Förderperiode sollen die gewonnenen Erkenntnisse vertieft und in therapeutische Anwendungen translatiert werden. Von besonderem Interesse sind dabei die Rolle des Mikrobioms, mikrobieller Metabolite und die Auswirkungen metabolischer Veränderungen, die zu einer Gewebsansäuerung führen. Um die zellulären Interaktionen innerhalb eines Gewebes besser zu verstehen, sollen Methoden entwickelt werden, die eine räumliche Auflösung von verschiedenen Zellen und ihrer Funktionen innerhalb von Tumor- oder infiziertem Gewebe ermöglichen. Unsere Arbeiten sollen zu einer detaillierten Übersicht von gemeinsamen und auch krankheitsspezifischen Immunevasionsstrategien beitragen, die die Basis für zukünftige präzisionsmedizinische Therapieansätze für die Behandlung von Tumoren und chronischen Infektionen legen.

Sprecher: Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Laufzeit: Seit 2018

Website

Teilprojektleiterin Universität Bonn

Prof. Dr. Thomas Becker
Institut für Biochemie und Molekularbiologie
Nußallee 11
53115 Bonn

Zusammenfassung

Mitochondrien sind essentielle Zellorganelle mit zentraler Funktion für den zellulären Energiehaushalt. Jüngste Forschungen zeichneten jedoch ein deutlich komplexeres Bild der Rolle der Mitochondrien innerhalb der Zelle und identifizierten Mitochondrien als dynamische zelluläre Strukturen, die in vielfältiger Weise mit der zellulären Umgebung kommunizieren. Geänderte physiologische Bedingungen führen zu einer Anpassung der Aktivität der Mitochondrien. Gleichzeitig sind Mitochondrien aber auch Bestandteil verschiedener zellulärer Signalwege und beeinflussen die Aktivität, Differenzierung und das Überleben der Zelle. Die wechselseitigen Interaktionen von Mitochondrien mit der zellulären Umgebung werfen auch vielfältige neue Fragen zur Pathogenese von Erkrankungen auf, die auf eine Funktionsstörung der Mitochondrien zurückzuführen sind. Um diese komplexen und häufig neuartigen Zusammenhänge aufzuklären, verfolgt der Sonderforschungs-bereich 1218 einen interdisziplinären Ansatz und führt Forschungsgruppen mit komplementärer Expertise in einem Forschungsverbund zusammen. Teilprojekte im Forschungsbereich A untersuchen die Anpassung der Mitochondrien an sich ändernde zelluläre Bedingungen und fokussieren insbesondere auf die Rolle der mitochondrialen Dynamik für die Aufrechterhaltung der funktionellen Integrität der Organelle. Der Schwerpunkt der Arbeiten im Forschungsbereich B liegt auf Signalwegen, die durch Mitochondrien unter Stress und pathologischen Bedingungen reguliert werden. Insgesamt ermöglichen die Arbeiten innerhalb des Sonderforschungsbereiches einen integrativen Einblick auf die komplexe Regulation der zellulären Funktion durch Mitochondrien, eine wichtige Voraussetzung für das Verständnis mitochondrialer Erkrankungen und die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien.

Sprecher: Universität zu Köln

Laufzeit: seit 2016

Website¹⁸¹⁹

Teilprojektleiterin Universität Bonn

Prof. Dr. Claudia Knief
Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz
Bereich Bodenwissenschaften
Nußallee 13
53115 Bonn

Zusammenfassung

Ziel dieses Projekts ist es, die Forschung im Bereich der wechselseitigen Beziehung zwischen biologischer Evolution und Landschaftsevolution maßgeblich voranzutreiben. Arbeitsgebiete sind aride bis hyperaride Systeme, in denen sowohl biologische Aktivität als auch Erdoberflächenprozesse vorwiegend und sehr stark durch die Verfügbarkeit von Wasser limitiert sind. In diesem Projekt sollen die Schlüsselmerkmale biologischer Aktivität in extrem wasserlimitierten Habitaten der Erde identifiziert und Erdoberflächenprozesse, die unter nahezu wasserfreien Bedingungen ablaufen, charakterisiert werden. Die Bestimmung kritischer Schwellenwerte der Umweltbedingungen, die eine biologische Kolonisation und/oder Landschaftstransformationen erlauben, stellt ein wesentliches Ziel dar. Das zeitliche und räumliche Muster biologischer Kolonisation und Isolation wird zusammen mit der Chronologie der Landschaftsentwicklung in Bezug zur auschlaggebenden gemeinsamen Triebkraft, dem (Paleo-) Klima, untersucht. Diese Ziele sollen durch: (i) paleoklimatische Rekonstruktion und Observation des gegenwärtigen Klimas, zur Entwicklung geeigneter Klimamodelle, (ii) Erfassung der biogeographischen Migrationsgeschichte, Phylogenie (Pflanzen, Insekten, Protisten und Bakterien) und deren molekularer Datierung und (iii) räumliche Erfassung, Prozesscharakterisierung und Datierung von (fossilen) Landschaftselementen (Entwässerungssysteme, Hänge, fluviale und aeolische Sedimente, Böden), angegangen werden. Die Datierung geologischer Archive (i & iii) erfordert eine innovative (Weiter-) Entwicklung isotopengeologischer Methoden, welche entsprechend durchgeführt werden sollen.Es werden u.a. wesentliche Beiträge zu den sich entwickelnden Konzepten des evolutionären Timelags (Guerreo et al. 2013, PNAS 110, 11469-11474), des Einflusses geographischer Barrieren auf klimabedingte Speziesmigration (Burrows et al. 2014, Nature 507, 492-495), der Biogeomorphologie (Corenbilt et al. 2011, Earth Sci. Rev. 106, 307-331), sowie der Entwicklung neuer Methoden zur Datierung und Prozesscharakterisierung von Erdoberflächenprozessen und biologischer Evolution erwartet.

Sprecher: Universität zu Köln

Laufzeit:
seit 2016

Website²⁰

Teilprojektleiter Universität Bonn

Prof. Dr. Christian Kurts
Institut für Experimentelle Immunologie
Venusberg-Campus 1
53127 Bonn

Zusammenfassung

Immunvermittelte glomeruläre Erkrankungen sind eine heterogene Gruppe von Erkrankungen, die primär eine schädigende Entzündungsreaktion in den Glomeruli und sekundär auch in anderen Kompartimenten der Niere hervorrufen. Trotz jüngster Fortschritte auf diesem Forschungsgebiet ist die Immunpathogenese der verschieden Formen dieser Erkrankung nur unvollständig verstanden. Ihnen liegt eine immunvermittelte Nierenschädigung zugrunde, die mit einer spezifischen Immunantwort beginnt und im Verlauf zu einer destruierenden Entzündung des Nierengewebes führt. Die Behandlung von Patienten mit immunvermittelten glomerulären Erkrankungen besteht zumeist in einer unspezifischen Immunsuppression, die toxisch und nur teilweise effektiv ist. Diese Gruppe von Erkrankungen ist daher immer noch eine der häufigsten Ursachen für eine terminale Niereninsuffizienz in der westlichen Welt. Für die Entwicklung von effektiveren und sichereren Therapiestrategien müssen die zugrundeliegenden Pathomechanismen besser untersucht werden und die Ergebnisse dieser Studien in neue Therapiekonzepte umgesetzt werden. Die vorgeschlagene SFB-Initiative stellt einen interdisziplinären Ansatz dar, bei dem Wissenschaftler mit großer Expertise in klinischer und experimenteller Nephrologie, Grundlagenimmunologie, Pathologie / Anatomie und Physiologie zusammenarbeiten werden. Durch Verwendung von "state of the art" Methoden und Tiermodellen, in Kombination mit prospektiven klinischen Studien in großen Patientenkohorten, hat die SFB-Initiative die Charakterisierung zentraler immunpathogenetischer Mechanismen zum Ziel.Diese Studien sind eine Grundvoraussetzung für einen Paradigmenwechsel auf dem Gebiet der immunvermittelten glomerulären Erkrankungen, weg von einer ungezielten immunsuppressiven Behandlung hin zur einer Pathogenese-basierten, personalisierten Therapiestrategie.

Sprecher: Universität Hamburg

Laufzeit: seit 2016

Website²¹

Teilprojektleiterin Universität Bonn

Prof. Carmen Ruiz de Almodovar
Institut für Neurovaskuläre Zellbiologie
Venusberg-Campus 1
53127 Bonn

Zusammenfassung

Chronischer pathologischer Schmerz ist ein globales Problem für unsere Gesundheitssysteme und eine Herausforderung für die Grundlagen wie auch die klinische Forschung. Ein Hindernis ist, dass die neuralen Grundlagen des komplexen multidimensionalen Schmerzgeschehens nicht wirklich verstanden sind und dass die verschiedenen maladaptiven Plastizitätsmechanismen, die die Schmerchronifizierung charakterisieren, im Hinblick auf grundlegende Mechanismen und deren funktioneller Relevanz nicht genügend aufgeklärt sind. Darüber hinaus gehen chronische Schmerzen mit vielen komorbiden psychischen Störungen wie Angst, Furcht, Depression und Abhängigkeiten einher, die die Prognose verschlechtern und die Lebensqualität der Patienten beeinträchtigen. Jedoch sind die Interaktionen dieser Komorbiditäten mit dem Schmerz und die zugrunde liegenden Mechanismen noch unbekannt.Primäres Ziel dieses Forschungsverbundes ist es, die Struktur-Funktions-Zusammenhänge von Zellen, Schaltkreisen und Netzwerken, die der Wahrnehmung von Schmerz ihre Spezifität verleihen, zu verstehen und zu analysieren, wie diese beim Übergang vom akuten zum chronischen Schmerz verändert werden. Der Forschungsverbund untersucht Tiermodelle chronischer Schmerzen ebenso wie Patienten mit chronischen Schmerzen und setzt translationale Strategien ein, um das so gewonnene Wissen in neue therapeutische Strategien umzusetzen. Unsere Struktur-Funktions-Analyse der ersten Förderphase eruierte den differenziellen Beitrag spezifischer Regionen, Verbindungen und Aktivitätsrhythmen zur Entstehung und Aufrechterhaltung chronischer Schmerzen. Es wurden Unterschiede zwischen verschiedenen Schmerztypen aufgezeigt und neues Wissen über die Rolle struktureller und funktionaler maladaptiver Plastizität bei der Schmerzchronifizierung generiert. Auf der Basis dieser Befunde legen wir nun den Schwerpunkt der zweiten Förderperiode auf die Analyse der zugrunde liegenden Mechanismen der beschriebenen plastischen Veränderungen in Tiermodellen wie auch im humanen und klinischen Kontext. Wir werden zelluläre Grundlagen untersuchen, molekulare Mechanismen und genetische/epigenetische Determinanten analysieren und die Themen der Neuron-Glia und neurovaskulären Interaktionen in wesentlichen neuronalen Schaltkreisen unserer Analysen funktioneller und struktureller Plastizität integrieren. Die dem Lernen zugrunde liegenden Mechanismen, die neurale Struktur-Funktions-Zusammenhänge verändern und die Grundlagen psychologischer, sowie sozialer Variablen und von Umwelteinflüssen, werden untersucht. Dieses detaillierte mechanistische Verständnis der Spezifität, Kausalität und dynamischen strukturellen und funktionellen Plastizität neuraler Schaltkreise der Schmerzverarbeitung wird zunehmend in translationale Analysen übersetzt, die zwei translationale Serviceprojekte einschließen mit dem langfristigen Ziel, innovative Therapien zu entwickeln.

Sprecher-Hochschule: Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

Teilprojektleiter Universität Bonn

Professor Dr. Felix Meißner
Institut für Angeborene Immunität
Venusberg-Campus 1
53127 Bonn

Zusammenfassung

Die Wanderung von Immunzellen bildet eine essenzielle Grundlage für die zelluläre Abwehr des menschlichen Organismus gegen Krankheitserreger. Die Immunüberwachung ist jedoch nicht nur von zentraler Bedeutung für die Elimination eingedrungener Mikroorganismen und Fremdkörper, sondern bildet auch die Grundlage für die Entsorgung überschüssiger bzw. sterbender körpereigener Zellen. Um ihre Aufgaben erfüllen zu können, ist die gezielte und effiziente Migration und Wanderung der verschiedenen Leukozytenpopulationen unerlässlich. Hierbei folgen die Leukozytenpopulationen keineswegs einem einheitlichen Mechanismus. Vielmehr nutzen die verschiedenen Leukozytenpopulationen ihren unterschiedlichen Aufgaben entsprechend hochspezifische Routen und Wege zu ihren jeweiligen Zielregionen. Die molekularen zelltypspezifischen Mechanismen, die der Wanderung der einzelnen Leukozytenpopulationen in ihrer jeweiligen komplexen Umgebung bei der Immunüberwachung beim Gesunden, bei infektiösen bzw. nicht-infektiösen entzündlichen Erkrankungen und bei der fetalen Entwicklung zugrunde liegen, sind bis heute jedoch nur unzureichend verstanden. Die zentrale Aufgabe des Sonderforschungsbereichs 914 liegt daher in der Aufklärung der Signale und Mechanismen, die die zelltypspezifische Leukozytenwanderung in vivo unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen, d.h. bei infektiösen bzw. nicht infektiösen entzündlichen Reaktionen und bei der fetalen Entwicklung steuern. Unsere Forschungsanstrengungen werden von dem Integrierten Graduiertenkolleg „Leukozytenwanderung“ flankiert. Durch die Identifizierung der selektiven und zelltypspezifischen Mechanismen der Leukozytenwanderung in vivo wird die Arbeit des Sonderforschungsbereichs langfristig zur Entwicklung innovativer Konzepte für therapeutische Interventionen bei akuten und chronischen entzündlichen Erkrankungen beitragen.

Sprecher-Hochschule: Ludwig-Maximilians-Universität München

Laufzeit: seit 2011

Website

Teilprojektleiter Universität Bonn

Prof. Dr. Valentin Blomer
Mathematisches Institut
Endenicher Allee 60
53115 Bonn

Zusammenfassung

Ganzzahlige Strukturen treten an verschiedenen Stellen verteilt über die gesamte Mathematik auf. Wir begegnen ihnen als Gitter im Euklidischen Raum, als ganze Modelle von reduktiven Gruppen oder von Schemata der algebraischen Geometrie oder als ganzzahlige Darstellungen von Gruppen und Algebren. Selbst Fragen über die grundlegendste ganzzahlige Struktur, den Ring der ganzen Zahlen, führen schnell in die Analysis, Algebra oder Geometrie. Überhaupt lassen sich ganzzahlige Strukturen erfolgreich vor allem dann untersuchen, wenn wir sie aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten. Oft erfordern diese Untersuchungen den Einsatz modernster Methoden und bringen überraschende Verbindungen ans Licht.Wandmustergruppen, also diskrete Gruppen von Bewegungen der Ebene, die zwei unabhängige Verschiebungen enthalten, können diesen Punkt illustrieren. Sie liegen doppelt periodischen Mustern zugrunde, wie wir sie von Mosaiken der Alhambra kennen. Die Klassifikation derWandmustergruppen ist klassisch: Es gibt genau 17 wesentlich verschiedene Wandmustergruppen. Aus geometrischer Sicht sind damit zugleich die kompakten zwei-dimensionalen Orbifolds mit Euklidischer Metrik klassifiziert; und auf darstellungstheoretischer Seite ist diese Klassifikation Teil der Klassifikation erblicher Kategorien über dem Körper der reellen Zahlen.Da ganzzahlige Strukturen einen Zugang erfordern, der verschiedene mathematischen Teildisziplinen einbindet, beinhaltet unsere Unternehmung ein breites Forschungsprogramm von algebraischer Geometrie zur Analysis auf Mannigfaltigkeiten, von geometrischer Gruppentheorie und algebraischer Kombinatorik zur Darstellungstheorie assoziativer Algebren. Mit den vereinten Kräften der beteiligten Universitäten beabsichtigen wir bedeutende Fragestellungen in der algebraischen und analytischen Theorie automorpher Formen, der kategoriellen Darstellungstheorie und algebraischen Geometrie sowie der klassischen und p-adischen harmonischen Analysis auf symmetrischen Räumen zu beantworten.

Sprecher-Hochschule: Universität Bielefeld

Laufzeit: seit 2023

Website

Sprecherin

Prof. Dr. Christa E. Müller
Pharmazeutisches Institut
Pharmazeutische & Medizinische Chemie
An der Immenburg 4
53121 Bonn

Zusammenfassung

Ziel des GRKs „Werkzeuge und Wirkstoffe der Zukunft“ ist die Modernisierung der Medizinischen Chemie und die Ausbildung einer neuen Generation von Medizinischen Chemiker*innen sowie Forschenden an der Schnittstelle zu benachbarten Disziplinen. Darüber hinaus sollen die Projekte zur Entwicklung neuer Arzneistoffe beitragen.

Laufzeit: 

01.04.2023 - 31.03.2028 (1. Förderperiode)

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Standortsprecher

Prof. Dr. Arne Lützen
Kekulé-Institut für Organische Chemie und Biochemie
Gerhard-Domagk-Str. 1
53121 Bonn

Zusammenfassung

Das Graduiertenkolleg ’Templierte organische Elektronik‘ (TIDE) setzt sich die umfassende DoktorandInnenausbildung im Bereich Organische Elektronik (OE) zum Ziel, um den Marktanforderungen an hochqualifiziertem und multidisziplinärem Fachpersonal gerecht zu werden. Weltweit hat die OE bereits die Elektronikwelt revolutioniert (z.B. OLEDs), jedoch ist der technologische Fortschritt überwiegend durch empirische Forschung entstanden, während grundlegende Prinzipien oftmals noch nicht vollständig verstanden sind. Die zentrale Fragestellung ist, wie strukturelle Ordnung die optoelektronischen Eigenschaften der pikonjugierten Materialien beeinflusst, und wie diese, u.a. durch gezielt eingesetzte Template, erhöht und damit die Bauteile verbessert werden können. Um die Breite des Forschungsthemas zu berücksichtigen, wurden fünf synergistische Schwerpunkte gebildet. Im Schwerpunkt A werden pikonjugierte molekulare Bausteine und in Schwerpunkt B oberflächenaktive Template synthetisiert. Im Schwerpunkt C werden Ober- & Grenzflächen mittels verschiedener Spektroskopien in Abhängigkeit von der Schichtdicke untersucht, um dann im Schwerpunkt D als aktive Materialien in optoelektronischen Bauteilen auf Ihre Eignung geprüft zu werden. Im Schwerpunkt E wird der Templatprozess theoretisch modelliert. Ein Team aus international anerkannten WissenschaftlerInnen bietet den beteiligten Promovierenden dabei ein einzigartiges Forschungsumfeld mit spannenden Projekten, welche auch einen Forschungsaufenthalt im Ausland vorsehen. Für das Qualifikationsprogramm ist die Bildung einer Kohorte vorgesehen. Die Fächer Chemie und Physik werden vertieft und materialwissenschaftlich ergänzt. Als zentrales Element dient die gemeinschaftliche Vorlesungsreihe aller Experten im TIDE Netzwerk sowie das zertifizierte Bench-to-Business (B2B) Programm, welches betriebswirtschaftliches Grundwissen vermittelt und den Übergang zwischen Grundlagenforschung an der Universität und angewandter Forschung im späteren Beruf befähigen soll. Unser multidisziplinärer Ansatz sowohl im Forschungs- als auch im Ausbildungsprogramm wird PromovendInnen hervorbringen, die sich nicht nur in ihrem jeweiligen Forschungsthema Expertenwissen angeeignet haben, sondern auch in benachbarten Disziplinen und marktwirtschaftlichen Aspekten. Unsere AbsolventInnen sind damit prädestinierte Promotoren (Vermittler zwischen verschiedenen Interessengruppen), um die zukünftigen Herausforderungen in der OE Industrie oder auf ähnlichen materialwissenschaftlichen Feldern zu meistern.

Beteiligte Institution:

• Universität zu Köln (Sprecher-Hochschule)

Laufzeit:

01.04.2021 - 30.09.2025 (1. Förderperiode)

Website^24252525

Sprecher

Prof. Dr. Johannes F. Lehmann
Institut für Germanistik, Vergleichende Literatur- und Kulturwissenschaft
Genscherallee 3
53113 Bonn

Zusammenfassung

Sprecher

Prof. Dr. Christian Kurts
Institut für Experimentelle Immunologie
Venusberg Campus 1
53127 Bonn

Zusammenfassung

Myeloide antigenpräsentierende Zellen (APCs), wie z.B. dendritische Zellen und Makrophagenspielen eine Schlüsselrolle in der Induktion und Regulation adaptiver Immunantworten. Diesesind wichtig für Impfungen und für die Abwehr von Infektionen, rufen bei Fehlregulationen aberauch Erkrankungen hervor. Viele Aspekte myeloider APC Funktionen sind ungeklärt, weswegensie ein momentan hochaktuelles Forschungsgebiet darstellen. Die Mitglieder dieser IRTG Initiativehaben unser Wissen über diese Zellen und adaptive Immunantworten erheblich erweitert.Immunologie ist ein international sichtbarer Forschungsschwerpunkt in Bonn und Melbourne undDoktoranden beider Standorte waren maßgeblich an vielen immunologischen Entdeckungen beteiligt,belegt durch Erst- und Koautorenschaften in hochrangigen immunologischen Zeitschriften,welche teilweise aus dem Austausch von Studenten beider Seiten entstanden sind. Die beantragteIRTG soll eine nahtlose Weiterführung und Erweiterung dieser fruchtbaren Zusammenarbeitdurch die Etablierung einer gemeinsamen Doktorandenausbildung in Bonn und Melbourneermöglichen, in der Studenten von führenden Immunologen beider Seiten lernen können. ImmunologischeSchwerpunkte in Bonn umfassen die Rolle lokaler APCs in diversen Krankheitsmodellen,immunologische Mustererkennung und transkriptionelle Immunregulation. Melbourne istinternational bekannt für Expertise zu T, NKT und dendritischen Zellen, sowie für Infektionsimmunologie.Diese Gebiete sind hoch synergistisch und erlauben qualitativ hochwertige, breitere undtiefere Erkenntnisse, wenn sie vereint werden. Der wissenschaftliche Austausch zwischen Bonnund Melbourne wird nicht nur die Wissenschaft erheblich fördern, sondern auch die Doktorandenausbildungauf ein höheres Niveau heben. Eine Doktorarbeit wird durchschnittliche 3 Jahre umfassen(2 Jahre Bonn, 1 Jahr Melbourne) und in ein koordiniertes Lehrprogramm an beidenStandorten eingebettet. Die Studenten werden nach der Qualität ihrer Bewerbung und ihren wissenschaftlichenLeistungen ausgewählt. Die Absolventen dieses internationalen Programmes,werden hochattraktiv für internationale Positionen in akademischer Forschung und Industrie sein.

Beteiligte Institution:

• University of Melbourne, Australien

Laufzeit:

01.04.2016 - 31.03.2025 (2. Förderperiode)

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Sprecher

Prof. Dr. Claude Duhr
Physikalisches Institut
Nußallee 12
53115 Bonn

Zusammenfassung

In der Teilchenphysik bezeichnet man die Größe, die in einem Streuprozess die Verbindung zwischen Theorie und Experiment herstellt, als Streuamplitude. Die Forschungsgruppe „Moderne Grundlagen von Streuamplituden“ will verschiedene Aspekte ebendieser Amplituden untersuchen und auf diese Weise neue grundlegende mathematische und physikalische Prinzipien aufdecken sowie neue Methoden zu deren Berechnung entwickeln. Das erlaubt künftig die genauere Berechnung von Streuprozessen an Teilchenbeschleunigern oder auch von Gravitationswellen, die bei der Verschmelzung von Schwarzen Löchern oder Neutronensternen entstehen. 

Laufzeit: vier Jahre, bewilligt Juli 2024

Website

Sprecher

Prof. Dr. Carsten Burhop
Institut für Geschichtswissenschaft
Konviktstraße 11
53113 Bonn

Zusammenfassung

Soziale Ungleichheit ist ein weitverbreitetes Problem, das Wissenschaft, Politik und Gesellschaft seit Langem beschäftigt und weiter beschäftigen wird. In diesem Zusammenhang spielen unter anderem auch Finanzmarktentwicklungen eine zentrale Rolle. Die Kolleg-Forschungsgruppe „Finanzsektor und Ungleichheit“ will aufzeigen, wie und durch welche Kanäle der Finanzsektor seit dem 19. Jahrhundert selbst verstärkend oder reduzierend auf Ungleichheit wirkt. Außerdem soll thematisiert werden, wie Finanzmärkte von langfristigen Trends in Bezug auf Ungleichheit geprägt werden und sie gleichzeitig selbst beeinflussen. Dazu gehen die Forscher*innen unter anderen diesen Fragen nach: Wenn in der Vergangenheit ökonomische Ressourcen grundlegend anders verteilt wurden, wie hat sich das auf die Entwicklung des Finanzsektors ausgewirkt? Wie haben solche Veränderungen das Bankengeschäft im Laufe der Zeit beeinflusst?

Laufzeit: vier Jahre, bewilligt Juli 2024

Website

Sprecher

Prof. Dr. Jan Bemmann
Institut für Archäologie und Anthropologie 
Brühler Straße 7
53113 Bonn

Zusammenfassung

Die Forschungsgruppe befasst sich mit den Überresten zweier Städte, die sich in der heutigen Mongolei befinden und unter den Erben Dschingis Khans von Grund auf neu errichtet wurden. Sie verkörpern den dramatischen Wandel von einer Naturweidewirtschaft hin zu einer Stadtlandschaft: Karakorum – die Hauptstadt des Mongolenreichs – und Khar Khul Khaany Balgas. Die beiden Städte sind der Ausgangspunkt für die Forschungsgruppe „Der urbane Einfluss auf dem mongolischen Plateau: Verflechtungen von Stadtwesen, Wirtschaft und Umwelt“. Sie will die beiden Stadtanlagen selbst und ihren Einfluss auf die sie umgebenden Regionen in diachroner Perspektive erforschen. Der Fokus soll dabei auf dem urbanen „Stoffwechsel“ mit Themen wie Energieversorgung, Nahrungsmittelproduktion und Baumaterialien liegen.

Laufzeit: vier Jahre, bewilligt Juli 2023

Website

Sprecher

Prof. Dr.-Ing. Heiner Kuhlmann
Institut für Geodäsie und Geoinformation
Nußallee 17
53115 Bonn

Zusammenfassung

Straßen, Brücken und Staudämme altern. Wie lange sind solche Bauwerke noch tragbar? Die neue Forschungsgruppe widmet sich diesen Fragen. Bei der Deformationsanalyse geht es um die Ermittlung und Bewertung von geometrischen Veränderungen von Objekten. Die Mitglieder der neuen Forschungsgruppe interessieren sich besonders für Brücken und Staudämme. In den Medien wird unter anderem häufig von der A1 und der Leverkusener Rheinbrücke und von der A45 mit der Rahmedetalbrücke berichtet. Man geht deutschlandweit von etwa 5.000 `kritischen´ Brücken und weltweit etwa 50.000 `kritischen´ Staudämmen aus. Bevor Staudämme und Brücken kollabieren, zeigen sich kleine Verformungen. Werden diese kleinen geometrischen Veränderungen sehr frühzeitig erkannt, können rechtzeitig Instandsetzungsmaßnahmen eingeleitet werden, um so Sperrungen oder Totalversagen zu vermeiden. Diese „Veränderungen“ finden im Bereich von wenigen Millimetern oder teils noch weit darunter statt. Bei der Deformationsanalyse wird deshalb bewertet, ob es sich wirklich um Veränderungen des Objekts oder eine Messungenauigkeit handelt. Die Forschungsgruppe möchte erstmals eine vollständige Modellierung der Messunsicherheiten des terrestrischen Laserscanners zur Nutzung der Deformationsanalyse durchführen. Damit stünde ein objektives und effizientes Messverfahren für die Deformationsanalyse zur Verfügung.

Beteiligte Institutionen:

Universität Hannover
TU München
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
TU Wien

Laufzeit: bewilligt März 2023

Website

Sprecherin

Prof. Dr. Petra Mutzel
Institut für Informatik 1 - Computational Analytics
Friedrich-Hirzebruch-Allee 8
53115 Bonn

Zusammenfassung

Unsere Forschungsgruppe widmet sich den algorithmischen Herausforderungen grundlegender KI-Probleme fokussiert auf zwei zentrale Bereiche der Geodäsie, die sich beide mit geometrischen Abstraktionen der realen Welt befassen: die Kartographie und die physikalische Geodäsie. Unsere Herangehensweise zeichnet sich dabei durch den Anspruch auf eine inhärent geometrische Datendarstellung aus, mit dem Ziel, die algorithmischen Probleme möglichst in ihrer ursprünglichen Form zu untersuchen.Die systematische Untersuchung der zugrundeliegenden algorithmischen Herausforderungen von KI-Techniken ist eine zentrale Aufgabe der Algorithmischen Datenanalyse. Unsere Forschungsgruppe bringt daher Experten auf dem Gebiet der Algorithmischen Datenanalyse und auf den beiden oben genannten Gebieten der Geodäsie zusammen. Als Brücke zwischen diesen Gebieten sehen wir die Disziplinen Algorithmische Geometrie und Algorithm Engineering, insbesondere was die bewährte Herangehensweise in diesen beiden Disziplinen angeht: Die Algorithmische Geometrie überträgt reale geometrische Daten in diskrete Konfigurationen, um die Anwendung diskreter Optimierungstechniken zu ermöglichen. Das Algorithm Engineering ermöglicht den reibungslosen Wissenstransfer zwischen theoretischer Algorithmenanalyse und praktischer Implementierung.Daraus resultierend werden wir neue praktische Methoden zur Datenanalyse gewinnen, welche auf die spezifischen Herausforderungen geodätischer KI-Probleme zugeschnitten sind und in der Regel mit nachweisbaren Leistungsgarantien einhergehen, sowie mit einer fortlaufenden experimentellen Evaluierung auf Daten aus der Geodäsie. Unser zentrales Ziel ist es, die Lücke zwischen der aktuellen Forschung in den Bereichen der Künstlichen Intelligenz und der Geodäsie zu schließen und dauerhafte Verbindungen zwischen den beiden Disziplinen herzustellen, um der zukünftigen Forschung zur Automatisierung in der Geodäsie eine solidere algorithmische Grundlage zu liefern.Gleichzeitig will unsere Forschungsgruppe das algorithmische Verständnis von KI-Methoden für geometrische Daten und entsprechende geometrische Abstandsmaße verbessern. Wir werden Algorithmen und Implementierungen entwickeln, welche die geometrische Struktur der Daten auch für sehr große Datenmengen, unter geometrischen Nebenbedingungen und für multiple Zielfunktionen ausnutzen können. Wir sind davon überzeugt, dass unser Ansatz nicht nur in der Geodäsie interessant sein wird, sondern auch für jeden anderen Bereich, in dem geometrische Daten analysiert werden.

Beteiligte Institutionen

• Universität zu Köln
• Universität Düsseldorf

Laufzeit: bewilligt Juli 2022, Start Frühjahr 2023

Website

Sprecher

Prof. Dr. Christopher McCool
Institut für Landtechnik
Nußallee 5
53115 Bonn

Zusammenfassung

Die Verwirklichung einer nachhaltigen Landwirtschaft ist ein zentrales Ziel der Agenda 2030 der Vereinten Nationen. Nachhaltige Agrarsysteme sind ein wesentliches Instrument, um das Ziel "Null Hunger" (SDG 2) zu erreichen. Trotzdem besteht immer noch große Unsicherheit darüber, wie nachhaltige Agrarsysteme am besten erreicht werden können. Die Präzisionslandwirtschaft hat sich als integrale Strategie zur Umsetzung nachhaltiger landwirtschaftlicher Systeme erwiesen. Sie nutzt moderne Mess- und Überwachungstechnologien zur datengesteuerten Optimierung der landwirtschaftlichen Bewirtschaftung. Die Entwicklung der Präzisionslandwirtschaft hat jedoch erhebliche Herausforderungen mit sich gebracht, angefangen bei der Frage, welche Merkmale eines Anbausystems erfasst werden sollten, wie häufig sie erfasst werden sollten, bis hin zur Frage, wie diese Informationen in den Entscheidungsprozess der Landwirte einbezogen werden können.Ein bisher weitgehend vernachlässigter Forschungsbereich ist, wie die Messungen von Bestandesparametern oder Pflanzenzuständen optimiert werden kann, um bessere Managemententscheidungen zu treffen. Bislang werden beim Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) in der Forschung im Gartenbausektor die Aufgabe des Erfassens (von Merkmalen) und die des Managements als entkoppelte Prozesse angesehen. Die Gründe dafür sind Hierfür gibt es zwei Gründe: Erstens ist die Entscheidungsfindung im Gartenbau relativ grob geblieben, da sie in der Regel auf eher groben Daten wie Temperatur, Beleuchtung und CO2 beruht und feinere Informationen wie den Pflanzenstatus (Phänotypisierung) nicht berücksichtigt. Zweitens haben KI-basierte Erfassungsalgorithmen erst vor kurzem eine ausreichende Leistung erreicht, um Informationen über den Pflanzenstatus zu liefern (z. B. Zählung von Früchten und Einschätzung des Reifegrads). Diese beiden Probleme werden noch dadurch verkompliziert, dass es bisher kein gemeinsames Feedback von Forschern für KI-basierte Erfassungsalgorithmen in Bezug auf das, "was erfasst werden kann", und von Forschern für automatisiertes Entscheidungsmanagement in Bezug auf das, "was erfasst werden sollte", gegeben hat.Die AID4Crops-Forschergruppe wird die Präzisionslandwirtschaft einen Schritt voranbringen. Sie wird neuartige KI-Algorithmen entwickeln, die den Zustand der Pflanzen optimal erfassen und vorhersagen können und dies dann mit der Entscheidungsanalyse verbinden. Dies wird zu einer noch nie dagewesenen wechselseitigen Kopplung von Überwachung und Entscheidungsfindung in der Präzisionslandwirtschaft und im Gartenbau führen.

Laufzeit: bewilligt Juli 2022, Start Frühjahr 2023

Website

Sprecher

Prof. Dr. Albert Gerhards (Emeritus)
Seminar für Liturgiewissenschaft
Katholisch-Theologische Fakultät
Am Hof 1
53113 Bonn

Zusammenfassung

Zunehmend werden Kirchen verkauft, umgenutzt oder abgerissen, obwohl die Akzeptanz von Kirchengebäuden und das Festhalten an ihnen weitaus verbreiteter sind, als es die gegenwärtigen Schrumpfungsprozesse in den Kirchen erwarten lassen. Im Alltag empfinden auch nicht religiös geprägte Menschen sakrale Räume als wertvoll, diese bieten somit auch der breiteren Bevölkerung eine Möglichkeit der Orientierung und Identifikation. Der mit dem Rückbau der Kirchen einhergehende Transformationsprozess verläuft dabei überwiegend unstrukturiert. Hier ansetzend, will die Forschungsgruppe durch die Zusammenführung unterschiedlicher Forschungsansätze eine praxisrelevante Theorie des sakralen Raumes im 21. Jahrhundert erarbeiten.

Beteiligte Institutionen

• Universität zu Köln
• Universität Leipzig
• Universität Regensburg
• Universität Wuppertal

Laufzeit: seit 2020

Website³¹

Sprecher

Prof. Dr. Jörg Höhfeld
Institut für Zellbiologie
Ulrich-Haberland-Str. 61a
53121 Bonn

Zusammenfassung

Die Aufrechterhaltung funktioneller Proteinnetzwerke selbst unter Bedingungen, die Proteinstrukturen destabilisieren, ist eine notwendige Voraussetzung für das Überleben von Zellen und die Erhaltung von Geweben und Organismen. Die Anpassung und Regulation von Proteinfaltungs- und Proteinabbau-Systemen stellen dabei wesentliche Schutzmechanismen dar. Durch vermehrte Rückfaltung bzw. die Entsorgung beschädigter Proteine tragen diese Systeme entscheidend zur Protein-Homöostase unter Stressbedingungen bei. In vielzelligen Organismen sind Zellen permanent einer Belastung durch mechanische Kräfte ausgesetzt und benötigen darauf abzielende Schutzmechanismen. Diese Mechanismen operieren während der Differenzierung, der Adhäsion und der Migration von Zellen und sind von herausragender Bedeutung für die Aufrechterhaltung von Geweben wie der Skelettmuskulatur, dem Herzen, der Lunge, der Niere, der Haut und den Blutgefäßen. Dennoch wurden zugrundeliegende molekulare Mechanismen bislang nur unzureichend untersucht. Im Rahmen der Forschungsgruppe sollen deshalb Mechanobiologie und Zellbiologie, Nieren-, Muskel- und Sportphysiologie sowie molekulare Immunologie und Wurm- und Maus-Genetik in einem innovativen interdisziplinären Verbund vereint werden, um hier neue Einblicke zu ermöglichen. Mittels modernster Methodik werden isolierte Zellen und Gewebe, genetisch veränderbare Modellorganismen und humane Probanden definierten mechanischen Belastungen ausgesetzt werden und hinsichtlich induzierter Anpassungen von Proteinfaltungs- und Abbaumaschinerien untersucht werden. Dies wird es ermöglichen, Chaperon- und Protease-Systeme zu identifizieren, die mechanisch beschädigte Proteine erkennen und prozessieren, und die Regulation dieser Systeme unter mechanischem Stress zu analysieren. Basierend auf der Untersuchung verschiedener Zelltypen und Gewebe sollen sowohl allgemeine als auch spezifische Mechanismen zur Bewältigung von mechanischem Stress aufgedeckt werden. Die Forschungsgruppe schließt damit auf nationaler und auch internationaler Ebene eine wesentliche Lücke zwischen der Erforschung Kraft-generierender, -widerstehender und -übertragender Strukturen im Rahmen der Mechanobiologie und der Analyse von Stressantworten innerhalb der Proteostase-Forschung, welche sich bislang fast ausschließlich auf Hitzestress sowie oxidativen und proteotoxischen Stress konzentriert hat. Die Forschungsgruppe wird fundamentale Prinzipien der mechanischen Stressbewältigung etablieren und die Relevanz dieser Vorgänge im Hinblick auf humane Erkrankungen wie Muskelschwächen, Störungen des Immunsystems und Nierenerkrankungen aufzeigen.

Beteiligte Institutionen:

• Universität Freiburg
• Universität zu Köln
• Deutsche Sporthochschule Köln
• Forschungszentrum Jülich
• International Institute of Molecular and Cell Biology in Warschau (Polen)

Laufzeit: seit 2018

Website

Sprecher

Prof. Dr. Martin Sander
Steinmann-Institut für Geologie, Mineralogie und Paläontologie
Nussallee 8
53115 Bonn

Zusammenfassung

Wie werden aus Organismen Fossilien? Mit dieser Frage befasst sich die neue Forschergruppe „Die Grenzen des Fossilberichtes: Analytische und experimentelle Ansätze zum Verständnis der Fossilisation“, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft in den nächsten drei Jahren mit rund 2,5 Millionen Euro gefördert wird. Dabei sollen modernste Analytik unter anderem aus der Chemie und Pharmazie zum Einsatz kommen.

Obwohl der Fossilbericht die Hauptquelle für die Geschichte des Lebens auf der Erde ist, bleibt das Verständnis der materiellen Natur der Fossilien bislang lückenhaft. „Wir wissen nicht, was fossiler Knochen wirklich ist – anscheinend nicht nur `Stein´, sondern auch alle möglichen organischen Reste“, sagt der Sprecher der neuen Forschergruppe, Prof. Dr. Martin Sander vom Steinmann-Institut der Universität Bonn. Was aus Forschersicht bislang auch nicht ausreichend untersucht ist, wie zum Beispiel Haut, Dinosauriereier oder in seltenen Fällen sogar Muskeln „versteinern“ können.

Ziel der Forschergruppe ist es, neueste Technologien der Bildgebung und Analyse auf Fossilien von Pflanzen sowie Weichkörperreste von Arthropoden und Wirbeltieren anzuwenden, um den Prozess der Fossilisation besser zu verstehen. Mit modernster Analytik aus der organischen Chemie und der Pharmazie – darunter Massenspektrometrie und Ramanspektroskopie – wollen die Wissenschaftler Licht ins Dunkel bringen.

Neben dem Steinmann-Institut sind das Kekulé-Institut für Organische Chemie, das Pharmazeutische Institut und das Institut für Mikrobiologie der Universität Bonn sowie auch Arbeitsgruppen der Universität Mainz beteiligt.

Beteiligte Institutionen:

• Universität Mainz
• Hessisches Landesmuseum Darmstadt

Laufzeit: seit 01.01.2018

website

Sprecher

Prof. Dr. Jürgen Kusche
Institut für Geodäsie und Geoinformation
Nussallee 17
53115 Bonn

Zusammenfassung

The primary goals are:
(1) develop a multi-observation ensemble-based calibration and data assimilation (C/DA) methodology to combine observational data of model output variables (time series of gauge-based streamflow, GRACE/GRACE-FO total water storage variations, remotely-sensed extent and level of surface water bodies, snow cover, glacier mass change and streamflow) with hydrological models in an optimal manner.
(2) exploit this methodology with the global hydrological model WaterGAP to provide an improved quantitative assessment of freshwater fluxes and storages including their uncertainties in response to climate and anthropogenic forcing.

Beteiligte Institutionen:

• Goethe Universität Frankfurt
• TUM
• Universität Stuttgart
• DLR Oberpfaffenhofen
• GFZ Potsdam
• HafenCity Universität Hamburg
• University of St. Andrews
• Université du Luxembourg

Laufzeit: seit 2018

Website³⁴

Sprecherin

PD Dr. Silke Trömel
Institut für Geowissenschaften und Meteorologie
Auf dem Hügel 20
53121 Bonn

Zusammenfassung

Die Forschungsgruppe will die Prognose von Niederschlägen verbessern. Dazu greifen die Forscherinnen und Forscher aus Meteorologie, Atmosphärenforschung und Hydrologie auf Daten zurück, die erst seit wenigen Jahren verfügbar sind. So sollen Kürzestfrist- und mittelfristige Niederschlagsvorhersagen sowie lokale Hochwasservorhersagen besser getroffen werden. 

Beteiligte Institutionen:

• Universität Augsburg
• Freie Universität Berlin
• Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
• Forschungszentrum Jülich
• Deutscher Wetterdienst (DWD)

Laufzeit: seit 2018

Website

Sprecher

Prof. Dr. Juergen Gall
Institute of Computer Science
Computer Vision Group
Endenicher Allee 19a
53115 Bonn

Zusammenfassung

In the last years, we have seen a tremendous progress in the capabilities of computer systems to classify image or video clips taken from the Internet or to analyze human pose in real-time for gaming applications. These systems, however, analyze the past or in the case of real-time systems the present with a delay of a few milliseconds. For applications, where a moving system has to react or interact with humans, this is insufficient. For instance, robots collaborating with humans need not only to perceive the current situation, but they need to anticipate human actions and the resulting future situations in order to plan their own actions.

In this project, we aim to develop the technology that lays the foundation for applications that require the anticipation of human behavior. Instead of addressing the problem at a limited scope, the project addresses all relevant aspects including time horizons ranging from milliseconds to infinity and granularity ranging from detailed human motion to coarse action labels. To ensure that the developed methods are not limited to a single task but can be applied for a large variety of applications, we do not solve sub-problems in isolation but address the aspects jointly.

As a scenario for an application, we focus on service robots that support impaired or elderly people at home. Due to the demographic change, the population structure in Germany will change dramatically.
Service robots can fill the gap, but they need the ability to anticipate human behavior at various levels of granularity in order to be accepted and be efficient. The robot needs to know when its help is needed, but it should not stand in the way. In a collaborative setting, the robot is expected to complete tasks together with a human. This requires to anticipate both the intention but also detailed movements, e.g., when jointly carrying an object. Another important aspect in this context is the prevention of accidents. This is in particular very important for elderly people. Predicting accidents before they happen would allow to support the humans in time. This can happen by a signal to warn the human if the human can still prevent the accident without additional help, but also by an immediate support of a service robot.

Beteiligte Institution:

• Leibniz Universität Hannover

Laufzeit: seit 01.06.2017

Website²⁵

Coordinator:

Prof Dr. Thomas Becker
Institut für Biochemie und Molekularbiologie
Nußallee 11
53115 Bonn

Abstract

Mitochondrial functions and biogenesis depend on the import of more than 1000 proteins that are produced as precursors on cytosolic ribosomes. The vast majority of mitochondrial proteins are imported in a post-translational manner. After synthesis on ribosomes, molecular chaperones guide these proteins to the mitochondrial surface. Despite some progress in the last years, the mechanisms of protein targeting to mitochondria and its quality control are poorly understood. Recent studies have revealed that non-imported mitochondrial precursor proteins challenge the cytosolic proteostasis system, particularly in cells with defective mitochondrial functions, linking mitochondrial fitness to cellular viability. Conversely, perturbations of the proteostasis network can cause accumulation of mitochondrial precursor proteins and affect mitochondrial biogenesis. In this priority programme, we will combine the expertise from two different fields, mitochondrial protein import and cellular proteostasis, to allow the analysis of molecular mechanisms that govern targeting and quality control of mitochondrial precursor proteins. We will use and further develop advanced technologies to elucidate the interplay of mitochondrial biogenesis with cellular proteostasis using three defined model systems (Saccharomyces cerevisiae, cultured mammalian cells and Caenorhabditis elegans).

The overarching goal of this priority programme is to uncover the molecular principles of quality control mechanisms for the intracellular targeting of mitochondrial precursor proteins and their fate in case of ineffective targeting or import. Projects should address one of the following questions:

• What are the molecular mechanisms that ensure the reliable intracellular transport of precursor proteins to mitochondria?
• How do quality control factors of different cellular compartments cooperate to remove non-imported mitochondrial proteins?
• How do proteostasis network components such as chaperones or proteases support dynamic changes of the mitochondrial proteome upon adaption to specific cellular demands.

Term:
established March 2023

Website

Koordinatorin

PD Dr. Silke Trömel
Institute for Geosciences and Meteorology, University Bonn
Auf dem Hügel 20
53121 Bonn

Abstract

Cloud and precipitation processes are the main source of uncertainties in weather prediction and climate change projections since decades. A major part of these uncertainties can be attributed to missing observations suitable to challenge the representation of cloud and precipitation processes in atmospheric models. The whole atmosphere over Germany is since recently monitored by 17 state-of-the-art polarimetric Doppler weather radars, which provide every five minutes 3D information on the liquid and frozen precipitating particles and their movements on a sub-kilometer resolution, which is also approached by the atmospheric models for weather prediction and climate studies. Data assimilation merges observations and models for state estimation as a requisite for prediction and can be considered as a smart interpolation between observations while exploiting the physical consistency of atmospheric models as mathematical constraints. However, considerable knowledge gaps exist both in radar polarimetry and atmospheric models, which impede the full exploitation of the triangle radar polarimetry – atmospheric models – data assimilation and call for a coordinated interdisciplinary effort. The priority programme will exploit the synergy of the new observations and state-of-the-art atmospheric models to better understand moist processes in the atmosphere, and to improve their representation in climate- and weather prediction models. The programme will extend our scientific understanding at the verges of the three disciplines for better predictions of precipitating cloud systems

Laufzeit: seit 2018

Website