DFG Collaborative Research Projects at the University of Bonn

Spokesperson

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

Summary

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.

Participating Institutions

Forschungszentrum Jülich GmbH
Max-Planck–Institut für Kohlenforschung

Term

01.04.2024 - 31.12.2027 (1. Funding period)

Spokesperson

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

Summary

Several continental regions on Earth are getting wetter, while others are literally ‘drying out’, not only in terms of precipitation but also measured by the increase or decrease in surface water, water stored in soils and plant root zones, and groundwater. As seen in terrestrial, space-geodetic and remote sensing data, drying and wetting are generally attributed to the combined effects of global warming from greenhouse gas forcing, natural variability, and anthropogenic modification of the water cycle. However, existing climate models that account for these effects cannot adequately explain the observed patterns of hydrological change. Contrary to common belief, observations also do not support a simple dry-gets-dryer and wet-gets-wetter logic. Instead, the observed trends in, e.g. precipitation, soil moisture, water storage, or flood discharge, deviate considerably from such a simplified logic. The proposed CRC aims to close this gap in understanding. To better comprehend the origin of these patterns, it is necessary to build a modelling framework that explains past observations as realistically as possible, accounts for potential drivers of change that may have been understudied in the past, and can predict future changes. This CRC will rely on a sophisticated modelling approach fueled by a broad range of disciplines with a particular focus on anthropogenic relations.
Climate change and anthropogenic interactions are already affecting the frequency of extreme events such as heatwaves, droughts and floods. For example, more intense, frequent, and prolonged heatwaves are projected for the 21st century; surface- and groundwater buffer the effects of such heatwaves, but large-scale drying may exacerbate them to an as yet unknown extent. Societal, environmental, and economic consequences include increased risk in agricultural production, threats to agricultural productivity and food security and increasing health risks. This CRC proposes to test the hypothesis that humans – through decades of land-use change and intensified water use and management – have caused persistent modifications in the coupled water and energy cycles of land and atmosphere. Compared to green-house gas (GHG) forcing and natural variability, these human-induced changes contribute considerably to the observed trends in water storage at the regional scale. It is hypothesized that – next to known local effects – human land management, land and water use changes have altered the regional atmospheric circulation and related water transports. These changes in the weather balance’s spatial patterns have, it is hypothesized, created and amplified imbalances that lead to excessive drying or wetting in more remote regions. This hypothesis shall be tested for a single region of continental size in the 1st phase (Europe/Eurasia). Evidence-based sustainability criteria for land and water use activities shall be developped.
To address these objectives, hydrologists, meteorologists, land-use modellers, geodesists, data assimilation and remote sensing specialists, data scientists, agricultural economists, and social scientists will collaborate closely in four clusters. These clusters will (A) improve the representation of physical processes and processes that drive land use, (B) improve the climate data record with geodetic and remote sensing techniques, (C) establish a central modelling system including the data assim-ilation framework, and (D) structure diagnostics to test the CRC’s central hypothesis.

Participating Institutions

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

Term

01.01.2022 - 31.12.2025 (1. Funding Period)

Website

Spokesperson

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

Summary

Evolutionary constraints have selected humans for sensitive and effective anti-microbial immune responses, energy efficiency and storage, and elevation of blood glucose levels during inactivity or infection. These traits provided increased fitness in times in which constant pathogenic threats and periods of starvation were common. The human environment in the developed world, however, has drastically changed. While infectious triggers of the immune system have diminished, non-infectious immune and metabolic triggers from Western-type diets, man-made bioactive substances, pollution, or smoking, now pose a significant risk to human health. The overabundance of food paired with sedentary behaviours has, furthermore, led to an unprecedented increase in positive energy balance. Therefore, the evolutionarily favoured immune and metabolic adaptations have become a liability for modern humans. Immunometabolic diseases, including obesity, type II diabetes, cancer, asthma, and neurodegeneration, are on the rise, and some of these diseases have reached epidemic proportions. Research in the last decades has revealed that the immune and metabolic systems respond to a modern lifestyle with chronic, low-grade inflammation, which is called metaflammation, and is causally linked to the development of many non-communicable diseases (NCD).The CRC brings together the transdisciplinary expertise from three faculties of the University of Bonn (Medicine, Mathematics and Natural Sciences, and Philosophy), the German Center for Neurodegenerative Diseases, the Max-Planck-Institute for Metabolism Research in Cologne, and the Braunschweig Integrated Centre of Systems Biology to collaboratively address the unmet need to understand the mechanisms leading to metaflammation and to translate these findings into novel therapeutic and preventative strategies. The CRC aims to i. study how the triggers associated with a Western lifestyle lead to immune cell programming and cause metaflammation, ii. investigate the crosstalk between reprogrammed immune cells and the inflamed tissues, iii. address the role of specific pathways activated in metaflammation for disease pathogenesis, iv. perform bi-directional translational research between murine and human studies by investigating the discovered mechanisms in patient populations as well as in the longitudinal population ‘Rhineland Study’. A particular strength of the CRC is a systems immunology approach that uses unbiased multi-omics investigations combined with sophisticated bioinformatics analyses to decipher the causes and consequences of metaflammation. This work will provide a more holistic understanding of how metaflammation and cellular programming trigger the development of organ pathology and dysfunction and will reveal new targets for pharmacological intervention and generate the necessary evidence to foster the initiation of effective preventative strategies.

Participating Institutions

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

Term

01.01.2021 - 31.12.2024 (1. Funding Period)

Website

Spokesperson

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

Summary

The overarching goal of the CRC is to understand how behavior is generated by coordinated activity of neuronal circuits, and how this is disrupted in neurological disorders. The past decade has seen significant advances in this field, with the refinement of techniques for measuring and manipulating the activity of large populations of neurons in behaving animals, as well as the ability to quantify behavior in novel, extremely precise ways. This has allowed to formulate and test new hypotheses about how neuronal activity represents features of the outside world, how neuronal circuits integrate environmental information with internal states, and how this leads to goal-directed behavior.Notably, even simple behaviors rely on the orchestrated performance of neuronal circuits spanning multiple brain regions. The CRC will, therefore, leverage the critical mass of projects designed to investigate different brain areas for the examination of extended neuronal systems spanning multiple brain regions. We will focus on how these systems work together and how neuromodulation, which we consider to be a key factor in mediating state-dependent modulation in multiple brain regions, contributes to behaviorally relevant circuit activity. These approaches lead to the acquisition of rich behavioral and cellular data, which have to be integrated into a theoretical framework that allows us to rigorously link behavior to neuronal activity patterns. The CRC will mount a coordinated effort to develop methods for the precise observation of behavior and identification of behavioral syntax. Moreover, both within individual projects and within the central project, the CRC will implement a range of mathematical and theoretical methods that link neuronal activity to behavioral features. Finally, the CRC will use novel behavioral opto-tagging and imaging approaches combined with transcriptomic/connectomic approaches to obtain more precise, cellular, and synapse-level connectivity data from neurons identified as behavior-related in vivo.We will continue to apply these interdisciplinary approaches to the study of CNS disorders, most notably epilepsy and Alzheimer's disease. We are convinced that understanding the basis of disease-related phenotypes across scales, down to the level of single neurons, is crucial to gaining a true understanding of neurological diseases and developing novel treatments.

Participating Institutions:

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

Term
01.10.2013 - 30.06.2025 (3. Funding Period)

Website^23333222

Spokesperson

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

Summary

The central aim of the Cooperative Research Centre (CRC) is to understand the emergence of new effects at larger scales from the interaction of many units at a smaller scale. The CRC will develop new rigorous mathematical concepts and tools to address this phenomenon and sharpen and test these tools in specific situations. The CRC focuses on three interrelated themes, which are reflected by the following Project Groups:

A. From quantum mechanics to condensed matter and materials science
B. Stochastic systems and continuum limits
C. Geometric structures and high dimensional problems

Participating Institution:

• Humboldt-Universität zu Berlin

Term
01.01.2013 - 31.12.2024 (3. Funding Period)

Website³⁴⁴⁴³³

Spokesperson

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

Summary

The CRC investigates metabolism/diabetes and focusses on brown adipose tissue. Adipose tissues are organized in two functionally distinct types, brown adipose tissue (BAT) and white adipose tissue (WAT). In contrast to white adipocytes, brown fat cells are specialized to dissipate energy in the form of heat (thermogenesis). Importantly, human BAT activity correlates with leanness and a beneficial cardiometabolic profile.

This consortium focuses on the regulation of thermogenesis:

1) the organ crosstalk between gut, liver, muscle and thermogenic adipose tissues,

2) the cell-cell communication within brown and beige fat, and

3) the interaction of cell organelles and intracellular signalling pathways in brown/beige adipocytes.

For this purpose, advanced omics technologies, cell culture systems of murine and human adipocytes, and novel transgenic mouse models will be used to provide comprehensive molecular mechanistic insight into the regulation of thermogenic energy metabolism. The mid- and long-term goal is to establish new therapeutic approaches for the treatment of metabolic disorders.

Participating Institutions:

Universität Hamburg
Technische Universität München
Helmholtz Zentrum München

Term:
01.01.2022 - 31.12.2025 (1. Funding Period)

Website

Spokesperson

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

Summary

The aorta is composed of the aortic valve, the ascending aorta with its root and arch, as well as the thoracic and abdominal sections of the descending aorta. It connects the heart with the peripheral circulation and organs, and it is involved in the complex regulation of hemodynamics. Although each section of the aorta has a unique composition, is exposed to distinct mechanical forces, and therefore, develops specific disease phenotypes, different aortic disorders share some of the same pathophysiological mechanisms: biological, chemical, and mechanical stressors promote dysfunction of the aortic endothelial lining, recruitment and activation of immune cells, and subsequent modification of interstitial cell metabolism. This local proinflammatory milieu stimulates an increased and faulty deposition of extracellular matrix, posttranslational matrix remodeling, and premature calcification as a critical prerequisite for aortic wall or valve injury. There are two apparent sources for these effects: resident factors and circulating, non-resident factors. Within the aorta itself, resident effectors include oxidative and mechanical stress, as well as modulation of endothelial and interstitial cells and the extracellular matrix. In addition, there are a number of non-resident factors that contribute to aortic disease, including immune cells, red blood cells, platelets, fat cells, and various signaling molecules. An individual’s susceptibility for developing disease is largely determined by a, yet unclear, genetic predisposition. While aortic diseases occur frequently, are associated with high mortality, and often require hazardous interventions, the distinct pathologies of the aortic system have never been systematically investigated. The interconnection and mutual impact of aortic diseases on each other within the complex aortic system remains obscured.With this initiative, we aim to address the underlying resident and non-resident molecular and cellular mechanisms of aortic disease in a holistic manner, with a particular focus on aortic valve stenosis, aortic aneurysm, and aortic dissection. Prospectively, we envision identifying novel pharmacological, interventional, and surgical targets for diagnostic, preventive, and therapeutic strategies within the frame of translational and clinical studies. Clustered along the Rhine River, the three universities involved in the Aortic Disease CRC/Transregio proposal are bringing together basic and clinical science experts, and will fill a gap that currently exists in cardiovascular research. This collaboration has positioned the three institutions perfectly to investigate the causes of aortic disease, and hopefully in further funding periods, to begin to move towards new treatment regimens.

Participating Institutions:

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

Term:
01.07.2019 - 30.06.2023 (1. Funding Period)

Website⁵⁶⁶⁶⁵

Site Spokesperson

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

Summary

Site Spokesperson

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

Summary

The Collaborative Research Center (CRC) combines expertise from two complementary centers of excellence at the Universities of Bonn and Cologne to study newly emerging issues of social-ecological transformation and future-making in Africa. It takes current large-scale landuse change in rural Africa as its starting point. Focusing on the two seemingly opposite, yet often mutually constitutive processes of intensification and conservation, it investigates their impact on social-ecological transformation in the context of three major growth corridors in eastern and southern Africa. While social-ecological transformation is commonly understood in relation to past processes, this CRC takes a different perspective: It conceptualizes socialecological transformation as an expression of ‘future-making’. Resonating with current debates in the interdisciplinary field of future studies, this means that potential futures and the different ideas of how they can be realized are seen to have a decisive impact on current land-use dynamics, especially through diverse processes and politics of anticipation. ‘Futuremaking’ refers to physical changes as well as social practices that link the present to the future in various ways. Whereas natural scientists primarily study how a ‘future of probabilities’ is anticipated in different forms of calculation, measurements and models, the social scientists also take into account how a ‘future of possibilities’ takes shape in visions and imaginations. Together, the projects of the CRC will analyze how such different approaches to the future inform practices of large-scale land-use change, and how they relate to each other. Special emphasis will be put on surprises and unintended side-effects of future-making, which play a key role in characterizing rural Africa today.The CRC is structured in three project groups, each organized around a bridging concept that addresses specific aspects of social-ecological transformation and future-making (Figure 1). Project group A (‘coupling’) studies the articulation between social and ecological subsystems, B (‘boundaries’) looks at the shifting zones of interaction and confrontation, and C (‘linkages’) explores cross-scalar drivers, connections and causations. Empirical research focuses on development hubs in the Kenyan Rift Valley, the Southern Agricultural Growth Corridor of Tanzania, and the Kavango-Zambezi Transfrontier Conservation Area. The CRC builds upon profound research experience of the applicants and African counterparts, amplifies the unique combination of expertise at the universities of Bonn and Cologne, fosters partnerships with scholars and scientific institutions in Africa, and aims at making Bonn-Cologne one of the leading centers of innovative research in the emerging field of futures studies and social ecology in Africa.

Participating Institutions:

• Universität zu Köln (Speaker University)
• Bonn International Center for Conversion (BICC)
• Charité - Universitätsmedizin Berlin
• Cooperation partners in Africa

Term:

01.01.2018 - 31.12.2025 (2. Funding Period)

Website⁷⁷⁷⁸⁸

Site Spokesperson

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

Summary

The Collaborative Research Center (CRC) addresses three key societal challenges:

(i) how to promote equality of opportunity;

(ii) how to regulate markets in light of the internationalization and digitalization of economic activity; and

(iii) how to safeguard the stability of the financial system.In a market economy, individual consumption and investment decisions and the prevailing market conditions shape personal well-being and life outcomes.

An individual’s decision-making abilities and skills are largely formed in the family and at school. The prevailing market conditions are the result of decisions made by other participants in product and financial markets—markets that are embedded in the legal and regulatory system. This perspective suggests connections among three important policy areas: family and education policies; product market regulation; and financial market regulation.The CRC contributes to the foundations of decision-making in these three areas, starting from the premise that adequate answers to the above challenges must be based on representations of human behavior that are appropriate for the issues at hand. Based on a wide methodological spectrum of expertise in theoretical and empirical economics, the CRC assesses how specific policies and institutions affect economic outcomes and develops novel institutional and policy solutions.Strong complementarities among the projects within each area, across the three areas, and between the two locations provide the basis for internationally visible research that highlights economics as a social science addressing societal challenges. Targeted dissemination activities and the CRC researchers’ broad experience in communicating their findings to diverse audiences ensure the policy impact of this research. 

Participating Institution:

• Universität Mannheim (Speaker University)

Term:

01.01.2018 - 31.12.2025 (2. Funding Period)

Website^8899999

Site Spokesperson

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

Summary

A common presumption in quantum physics is that for systems to be dominated by quantum effects they must be isolated from influences of the environment as good as possible. This isolation is considered to be a key requirement for many quantum technologies. The central paradigm of the CRC/TR 185 is the opposite approach. We consider the coupling to reservoirs as potentially useful tools rather than an unavoidable nuisance. The vision is to utilize external drive and properly tailored reservoirs to counteract the effects of generic, uncontrolled environments and to create a toolbox of open system control for few- and many-body quantum systems. This comprises the generation, control and stabilization of interesting and useful quantum states as well as the stimulation and manipulation of collective processes. It also includes the exploration of the interface between the field of topological systems with open system control. We aim to understand the underlying mechanisms of open systems and to exploit them as new tools going far beyond what is possible in closed systems. The research field of open-system control of quantum matter is a very recent one. During the first funding period the CRC/TR 185 has taken a key role in shaping this field. The experimental platforms underlying our research are atoms and photons, for which the technology of manipulation and detection are most advanced and a microscopic control as well as a detailed understanding of system and environment is possible. The systems reach from driven photon condensates over single atoms, which are coupled to quantum light, to ultracold atomic quantum gases. The research program is structured in three complementary areas. Research area A 'Few-body quantum systems and environments' follows a bottum up approach and explores the influence of tailored environments on individual or few-body quantum systems. Therefore, the experimental platforms are chosen with a maximum degree of control. Research area B 'Control of quantum many-body systems by environments' focuses on the generation, control and manipulation of collective states or processes of complex many-body systems. Due to the complexity of the system, typically not all degrees of freedom can be controlled and measured and the theoretical treatment is very challenging. Research area C 'Topological states in atomic and photonic systems' interfaces the directions of open-system control and topological protection, where the goal is to devise a general approach to protect quantum states by combining these two areas.

Participating Institution:

• Technische Universität Kaiserslautern (Speaker-University)

Term:

01.07.2016  - 30.06.2024 (2. Funding Period)

Website⁹

PIs University of Bonn

Prof. Dr. Frank Bigiel
Prof. Dr. Frank Bertoldi
Prof. Dr. Cristiano Porciani
Argelander-Institut für Astronomie
Auf dem Hügel 71
53121 Bonn
 

Summary
Massive stars, due to their short lifetime and high energy output, drive and control the evolution of galaxies across cosmic time. The proposed, new Collaborative Research Centre (CRC) will unravel the “habitats of massive stars across cosmic time”. Habitats are the gaseous environments within which massive stars are born and which they interact with via their feedback. Over its 12-year anticipated lifetime, we aim to connect the physical processes governing the habitats of massive stars from sub-parsec to mega-parsec scales across the full range of environments hosting massive stars, from the Milky Way to the high-redshift Universe, where they leave a cosmological fingerprint by reionisation. We formulate this goal by identifying two major gaps in our current understanding, which this CRC will close: the “spatial scale gap”, which provides the missing link between the small (sub-parsec) scale studies and galactic scale studies of high-mass star habitats; and the “environment gap”, extrapolating the physics of star formation, which can be examined in detail in the well-studied star formation sites in the Milky Way and the Magellanic Clouds to the extreme environments prevailing at high redshift. These gaps are naturally connected as the most extreme environments are rare and distant and hence, suffer from coarse resolution when observed from Earth. Both gaps are treacherous and difficult to overcome due to the interconnectedness of the physical processes acting on all scales. This calls for a large-scale collaborative effort. In the proposed CRC, a select team of experts will join forces to closely collaborate on the study of (i) high-mass star formation at high resolution, (ii) the star formation rate and signatures of high-mass star feedback on galactic scales, and (iii) the imprints of high-mass star formation on high-redshift galaxies and cosmic reionisation. We choose a unique and holistic approach, interweaving four pillars of expertise: laboratory astrophysics, instrumentation development, observations, and theoretical modelling & simulations. While each of these disciplines stands out in its own right, it is their combination that makes the CRC unique and sets the stage for breakthrough discoveries. The CRC partners have developed a strong profile as leaders in large international observing programs and have ample experience with building, running and maintaining their own telescopes and cutting-edge instrumentation at infrared to submillimeter and radio wavelengths. The opportunity to launch a new CRC in 2023 is uniquely timely because of a number of new and upcoming developments, in particular the start of the novel FYST/CCAT-prime telescope in 2024, in which the universities of Cologne and Bonn are 25% partners. This topical CRC will offer an inspiring research environment to the next generation of students.

Spreaker: Universität Cologne

Term: since 2023

Website

Teilprojektleiter Universität Bonn

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

Summary
Neuroscientists have made considerable progress in delineating neural circuits governing cognitive functions. These conceptual advances now pave the way to systematically address one of the most pressing and obvious questions in cognition research: What are the neurobiological principles that constitute and limit neural resources of cognition and constrain the potential to fully utilise or to even increase these resources?The notion that neural resources are limited and vulnerable is central to major concepts that seek to explain individual variability in cognitive performance, changes across the lifespan and in age-related cognitive decline (i.e. reserve, resilience, resistance, maintenance). Despite this central role, a neuro-biological understanding of neural resources is still lacking. Powerful tools and technology have recently become available to unravel the neurobiology of neural resources across multiple scales ranging from molecular pathways, submillimeter meso-scale circuits to distributed macro-scale networks in both humans and animals. Together with recent progress in cognitive neuroscience, these advances pave the way to systematically investigate key defining properties of neural resources. One is their ability to accommodate increased cognitive demands through short and long-term plasticity. Another is to flexibly provide these plasticity-related benefits to different cognitive demands, a phenomenon referred to as transfer. A major obstacle to understand how neural resources change over the lifespan in vivo has been that preclinical neurodegenerative and vascular pathology in seemingly healthy older adults remained hidden to scientists. Recent advances in biomarker assessment, Positron-Emission-Tomography (PET) and Magnetic Resonance Imaging now allow for the first time to quantify this hidden pathology and thus discover causes for neural resource limitations and develop interventions to overcome these limitations. In this CRC, we will harness these recent developments to unravel the physiological principles govern-ing neural resources of cognition at micro-, meso- and marco-scales in young and older adults. We will harness individual variability by including high performing individuals such as Superagers. Our CRC will thus help to develop overarching theories explaining individual variability in animal and human cognition and in the capability to preserve or enhance cognitive performance over the lifespan as well as in the face of pathology. Over the course of the CRC, we will develop a comprehensive and multi-scale cognitive medicine framework to be able to individually tailor interventions to protect or enhance specific cognitive functions and optimise the transfer potential and minimise trade-offs of these interventions.

Spreaker: Universität Erlangen-Nürnberg

Term: since 2021

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

Website¹⁴

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

Website

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

Website¹

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 Materialen 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 Sonderforschungs-bereich 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 Wissen-schaftlern 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 Forschungs-vorhabens 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 Materialen 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

Website

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.

Sprecher-Hochschule: Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf

Laufzeit: Seit 2018

Website

PI University of Bonn

Prof. Dr. Daqing Wang 
Institut für Angewandte Physik
Wegelerstraße 8
53115 Bonn
 

Summary
In this project, we aim at the first experimental observation of chiral discriminatory optical forces at the sin-gle-molecule level and exploit them for enantiomer separation of a racemic [7]-helicene beam. To achieve this, we combine helicity-gradient optical fields generated by a pulsed near-infrared laser with a highly colli-mated molecule beam and spatially resolved detection methods. In the near future, we plan to extend this experiment to the matter-wave regime, where enantio-specific matter-wave diffraction and quantum sensing of chiral interactions will be feasible.

Spreaker: University Kassel

Term: since 2022

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

Teilprojektleiter 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

Website¹⁹

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

PI University of Bonn

Prof. Dr. Kathrin Friedrich
Institut für Sprach-, Medien- und Musikwissenschaft
Abteilung für Medienwissenschaft
Lennéstraße 1
53113 Bonn
 

Summary
The project examines collaborative processes of semi-autonomization based on sensor technologies in the field of precision farming and closed-loop sensing from a media-theoretical, media-historical, and media-praxeological perspective. Against the background of current socio-political and ecological challenges in the agricultural sector, the project uses the example of digital herding to evaluate the question of how cooperative media practices create virtual geographical borders. It thus makes a praxeological contribution to the shared history of media, technology and agriculture of border practices together with the empirical analysis of their implementation.

Spreaker: University Siegen

Term: since 2024

Website

PI University of Bonn

Prof. Dr. Barbara Verfürth
Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
Institut für Numerische Simulation
Friedrich-Hirzebruch-Allee 7
53115 Bonn
 

Summary
Temporal metamaterials are made from materials that change their properties on time scales comparable to or even much shorter than the oscillation period of the light. We explore in this project the homogenization of the materials and emphasize a non-local description, a prime challenge for mathematics and physics. Retrieval procedures, numerical techniques to describe temporal metamaterials, and an exploration of observable effects are at the heart of our project. Our final goal is the homogenization of spatio-temporal metamaterials to combine our insights with those obtained from previous funding periods.

Spreaker: Karlsruhe Institute of Technology (KIT)

Term: since 2023

Website

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

Laufzeit: seit 2015
 
Website

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

Spokesperson

Prof. Dr. Christa E. Müller
Pharmaceutical Institute
Department of Pharmaceutical & Medicinal Chemistry
An der Immenburg 4
53121 Bonn

Summary

The goal of the RTG " Tools and Drugs of the Future" is to modernize medicinal chemistry and train a new generation of medicinal chemists and researchers at the interface with interconnected disciplines. In addition, the projects are intended to contribute to the development of new drug substances.

Term: 

01.04.2023 - 31.03.2028 (1. Funding Period)

Website³⁰

Site Spokesperson

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

Summary

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.

Participating Institution:

• Universität zu Köln (Speaker-University)

Term

01.04.2021 - 30.09.2025 (1. Funding Period)

Website²⁵²⁵²⁵

Spokesperson

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

Summary

Spokesperson

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

Summary

Myeloid antigen presenting cells (APCs), i.e. dendritic cells (DCs) and macrophages, are key inducers and regulators of adaptive immune responses. They are essential in immunity to infection and vaccination but can also drive inappropriate immune responses that cause inflammatory disorders. However, many aspects of myeloid APC functions still remain poorly understood. Increasing the understanding of their function is therefore a current key topic in immunology. The members of this IRTG initiative have considerably advanced our knowledge of these cells and the adaptive immune processes they induce and regulate. Immunology is an internationally visible and strong research focus both in Bonn and Melbourne. Graduate students were centrally involved in many immunological discoveries, as evident by first and co-authorships in leading research journals, some of which resulted from previous student exchanges between these two locations. This IRTG proposal aims at a seamless continuation and expansion of these activities through the development of a joint PhD programme between Bonn and Melbourne, in which students work with eminent scientists at both locations. Areas of core expertise in Bonn include the role of local APCs in disease models, immune pattern sensing and transcriptional immune regulation. Melbourne is internationally recognized for excellence in research on T cells, NKT cells, DC subsets and for studying microbial infections. These areas are highly synergistic and, when combined, allow for much deeper scope and quality of research. The scientific exchange between Melbourne and Bonn will not only substantially improve research quality, but will create a highly conducive environment for the training of students. A typical PhD candidature will cover 3 years (2 years at home, 1 year abroad) and will be embedded in a coordinated training programme with supervisors at both locations. Students will be selected based on the quality of their application and achievements. PhD students that successfully complete this international programme will be highly competitive for international academic careers in both countries and industry.

Participating Institution: 

• University of Melbourne, Australia

Term:

01.04.2016 - 31.03.2025 (2. Funding Period)

Website²⁸²⁷

Spokesperson

Prof. Dr. Claude Duhr
Institute of Physics
Nußallee 12
53115 Bonn

Summary

In particle physics, the quantity that establishes the link between theory and experiment in a scattering process is known as the scattering amplitude. The Research Unit Modern Foundations of Scattering Amplitudes will seek to investigate various aspects of these amplitudes with the aim of uncovering new fundamental mathematical and physical principles and developing new methods for their calculation. In future, this will enable more precise calculation of scattering processes at particle accelerators and also of the gravitational waves that are created when black holes or neutron stars merge.Social inequality is a widespread problem that has long preoccupied researchers, policymakers and society, and it will continue to do so in the future. Developments in the financial markets are a key factor in this connection. The Centre of Advanced Studies Finance and Inequality aims to show how and through which channels the financial sector itself has had strengthening or lessening impact on inequality since the 19th century. It will also address how financial markets not only influence long-term trends in inequality but also how they are shaped by such trends themselves. Questions to be pursued by the researchers include the following: whenever economic resources were distributed fundamentally differently in the past, how did this affect the development of the financial sector? And: how have such changes influenced banking over time

Term: four years, approval July 2024

Website

Spokesperson

Prof. Dr. Carsten Burhop
Department of History
Konviktstraße 11
53113 Bonn

Summary

Social inequality is a widespread problem that has long preoccupied researchers, policymakers and society, and it will continue to do so in the future. Developments in the financial markets are a key factor in this connection. The Centre of Advanced Studies Finance and Inequality aims to show how and through which channels the financial sector itself has had strengthening or lessening impact on inequality since the 19th century. It will also address how financial markets not only influence long-term trends in inequality but also how they are shaped by such trends themselves. Questions to be pursued by the researchers include the following: whenever economic resources were distributed fundamentally differently in the past, how did this affect the development of the financial sector? And: how have such changes influenced banking over time

Term: four years, approval July 2024

Website

Spokesperson

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

Summary

 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.

Term: vier Jahre, bewilligt Juli 2023

Website

Spokesperson

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

Summary

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.

Participating Institutions

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

Term: bewilligt März 2023

Website

Spokesperson

Prof. Dr. Petra Mutzel
Institute for Informatics 1 - Computational Analytics
Friedrich-Hirzebruch-Allee 8
53115 Bonn

Summary

Within this research unit, we will study the algorithmic challenges of fundamental artificial intelligence problems in two central areas of geodesy that both deal with geometric abstractions of the real world: cartography and physical geodesy. A central characteristic of our approach is a focus on an inherently geometric data representation motivated by the aim to study the problems in their native form. The systematic study of the underlying algorithmic challenges of AI problems is a central task in the field of algorithmic data analytics. This research unit thus brings together experts in the area of algorithmic data analytics and in the above two mentioned areas of geodesy. As a mediator between the two ends we see the fields of computational geometry and algorithm engineering, in particular the way to approach problems that these fields have established. Computational geometry transfers geometric real-world data into discrete configurations, thereby enabling the application of discrete optimization techniques. Algorithm engineering brings a whole routine of transferring knowledge between theoretical analysis and practical applications. As project outcome we expect to obtain new data analytics methods that deal with the specific challenges of geodetic AI problems. Our new methods will be tailored to the given problems and usually be accompanied with provable performance guarantees. They may use new algorithm engineering and combinatorial optimization techniques building on the geometric structure of the input. An ongoing experimental evaluation on practical real-world data from geodesy will steadily lead to theoretical as well as practical improvement of the applied methods. Our central goal is to substantially close the gap between current research in artificial intelligence and geodesy and to establish persistent links between the two disciplines. This will allow future research on automation in geodesy to be conducted on a more solid algorithmic basis. At the same time, our research unit will advance the algorithmic understanding of machine learning tools for geometrically represented data and corresponding distance measures. We will develop a collection of carefully designed algorithms and implementations that are able to exploit the geometric structure of the data even for very large data sets, under geometric side constraints and for multiple objectives. We are convinced that our approach will not only be interesting to researchers in geodesy but to any other area that involves the analysis of geometric data.

Participating Institutions

• University of Cologne
• University of Düsseldorf

Term: granted July 2022, start early 2023

Website

Spokesperson

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

Summary

Achieving sustainable agriculture is a central ambition of the United Nations' Agenda 2030. Sustainable agriculture systems are an essential instrument to achieve the goal of zero hunger (SDG 2). Despite this, there is still considerable uncertainty on how to best achieve sustainable agricultural systems. Precision agriculture has emerged as an integral strategy to enabling sustainable agricultural systems. It harnesses modern sensing and monitoring technology to inform data-driven optimization of agricultural management. However, the development of precision agriculture has brought with it significant challenges ranging from what features of a cropping system should be sensed, how frequently they should be sensed through to how to incorporate this information into the decision management process of farmers.An area of research that has been largely neglected is how to jointly optimize the measurements of plants that enable better management decisions. To date, research on applying Artificial Intelligence (AI) to the horticultural sector has treated the tasks of sensing and management as decoupled processes. The reasons for this are two-fold. First, decision-making in horticulture has remained relatively crude as it usually makes use of rather coarse inputs such as temperature, lighting and CO2 and does not incorporate finer-grained information such as the plant status (phenotyping). Second, AI-based sensing algorithms have only recently attained sufficient performance to provide plant status information (e.g. fruit counts and ripeness estimation). These two issues are further confounded as to date there has been no joint feedback from researchers of AI-based sensing algorithms regarding "what can be sensed" and researchers of automated decision management regarding "what should be sensed".The AID4Crops research unit will provide a step change in precision agriculture. It will develop novel AI algorithms that can optimally sense and forecast the status of the plant and then couple this with decision analysis. This will lead to an unprecedented two-way coupling of monitoring and decision-making in precision agriculture and horticulture.

Term: granted July 2022, start early 2023

Website

Spokesperson

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

Summary

The particular relevance of this project lies in the fact that the acceptance and appreciation of church buildings is far more stable and common than the current shrinking and differentiation processes in the institutional churches would imply. In everyday life, for example, even non-religious people appreciate sacred spaces as special and valuable, as open spaces without a specific designated (e.g. commercial) use. For the general public, their significance lies particularly in their orientation function for individual and collective memory, which transcends confessional or religious boundaries, as demonstrated, for example, by increasing religious tourism. Sacred spaces have an identification value for society as such. The signs of our times, such as pluralization, de-traditionalization, individualization, globalization and glocalization, confront people with the challenge of constantly needing to reconstruct their own identity. This leads to controversy in terms of spatial changes; the creation of something new is often perceived as a loss of the familiar. Against the backdrop of declining church membership, church buildings are being sold, remain unused or are demolished. However, the accompanying transformation process remains largely unstructured and does not take into account all facets of the decision-making process. The aim of this interdisciplinary research program is to develop a practice-relevant "theory of sacred space" in the 21st century, by integrating the various different research approaches. The divergent research questions are analyzed and structured to enable research into the foundations of the transformation processes since the reunification of Germany from 1989/1990 until the present. These transformations involve different stakeholders at different levels. On the one hand. there are politicians and church leaders, and on the other hand, municipalities and local Christian communities, the real estate market, the economy, as well as heritage preservation organizations, and finally the individual human being and his/her relation to the sacred space. The main question is: what criteria have to be met when confronted with the transformation of church buildings in particular and sacred spaces in general, so that diverging interests can be coordinated proactively and constructively, as well as safeguarding the integrity of the sacred space both at the interdisciplinary level (scholarly discourse) and at the transdisciplinary level (interaction between science and practical application). The interdisciplinary and transdisciplinary focus on sacred spaces effectively enables integrating the previously diverging levels of theoretical discourses as opposed to concrete initiatives.

Participating Institutions

• University of Cologne
• University of Leipzig
• University of Regensburg
• University of Wuppertal

Term: granted September 2019, start March 2020

Website

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

Website

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

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