Das Profil der Forschungsgruppe

Das Forschungsgebiet der Molekularbiologie überlappt mit der Biologie, der Chemie, insbesondere der Genetik und Biochemie und inzwischen auch mit den Ingenieurwissenschaften. Die Grenzen zwischen diesen Gebieten sind dabei oft fließend.

Molekularbiologen die sich statt mit DNA mit komplexeren Biomolekülen (Proteinen) beschäftigen nennt man Biochemiker. Solche die sehr viele Experimente parallel durchführen und sich weniger für das einzelne Gen interessieren machen Genomik. Ein Molekularbiologe der rechnen kann und statt einer Pipette einen Computer benutzt, ist ein Bioinformatiker. Ein Wissenschaftler, der komplexe Proben mit analytischen Methoden untersucht und Stoffe bestimmt, arbeitet im Bereich der Bioanlytik.

Im Studiengang Biosystemtechnik/Bioinformatik ist die Molekularbiologie einerseits eine wichtige Grundlagenwissenschaft und bildet gleichsam die Brücke zwischen beiden Bereichen.

Viele Anwendungen der Biosystemtechnik ergeben sich aus molekularbiologischen Fragestellungen.

• Die automatisierte und parallelisierte Untersuchung von Nukleinsäuren und Proteinen erfordert technische Lösungen im Bereich der Biosystemtechnik und der automatisierten Datenanalyse im Bereich der Bioinformatik. Die Grundlagen für das Verständnis der biologischen Zusammenhänge in Struktur und Funktion von Molekülen werden im Fach Molekularbiologie gelegt.
• Die Bioinformatik prozessiert häufig Daten aus molekularbiologischen Experimenten. Im Bereich der Genomik treffen sich die verschiedenen Gebiete: in hohem Durchsatz werden mit Mikrosystemen große Mengen bioinformatischer Daten geschaffen.

Der Bereich Molekularbiologie hat im Studiengang außerdem die Aufgabe der Biologie nahestehende Schnittstellenfächer zu vermitteln.

Fächer:

• Optik und Spektroskopie
• Molekularbiologie mit Praktikum
• Zellbiologie
• Biomaterialien
• Fortgeschrittene Techniken der Molekularbiologie und Zellbiologie

Zu den Lehrveranstaltungen

Bedeutung der Molekularbiologie

Mit Hilfe von Ergebnissen auf molekularbiologischer Ebene ist es möglich:

• Krankheiten zu verstehen
• die Wirkungsweise von Medikamenten zu verbessern
• eine Therapie besser an die Bedürfnisse eines Patienten anzupassen
• pathogene Mikroorganismen nachzuweisen
• Stoffe in Umweltproben zu analysieren
• Effekte von Substanzen auf Zellen und Gewebe zu charaktersisieren
• neue Technologien und Produkte zu entwickeln

Ziele

Genomik:

• Die Entschlüsselung der genetischen Information durch die immer günstiger werdende Sequenziertechnologie ermöglicht wesentliche Einsichten in die Evolution der Lebewesen. In der Gentherapie sollen krankheitsauslösende genetische Defekte korrigiert werden. Auch in der Pflanzenzucht kann Gentechnik dazu dienen, die Stresstoleranz gegenüber Umwelteinflüsse zu optimieren und dabei die Erträge zu steigern.
• Der Nachweis von pathogenen Mikroorganismen (bspw. Bakterien, Pilze, Viren) wird standardmäßig mit serologischen oder molekularbiologischen Techniken durchgeführt. Die Weiterentwicklung ermöglicht Schnelltest-basierte Anwendungen für die Vor-Ort-Analyse.
• Stammbäume des Systems der Lebewesen, die auf äußerlichen Merkmalen beruhen, werden durch Sequenzdaten bestätigt oder auch widerlegt. Die Gentechnik ermöglicht, das Erbgut von Organismen zu verändern. Die Biotechnologie nutzt ggf. solcherart veränderte Organismen in der Produktion.

Automatisierung:

• Laborprozesse können für einen höhren Probendurchsatz zusammengefasst und automatisiert durchgeführt werden. Robotersysteme übernehmen hierbei in hoher Geschwindigkeit und Präzision die Arbeit eines Laboranten. Dazu zählen die Kultivierung und automatische Analyse von Mikroorganismen (bspw. Algen) in Flüssigkulturen oder die Optimierung von Pipettier- und Analyseprozesse.

Analytik:

• Die Zusammensetzung und Charaktersisierung von Substanzen und Substanzgemischen in komplexen Umweltproben (bspw. Boden, Wasser und Luft) wird durch hoch-sensitive und -präzise Geräte systematisch durchgeführt. Hierbei stehen der sensitive Nachweis von unerwünschten (toxischen) Stoffen oder die qualitative und quantitative Zusammensetzung der zu untersuchenden Probe im Vordergrund. 

Proteomik:

• Mittels biochemischer und massenspektrometrischer Methoden wird die Proteinzusammensetzung einer Probe (Proteom) qualitativ und quantitativ untersucht. In der Systembiologie steht hier die genaue Proteinzusammensetzung bspw. von Zellen zu einem definierten Zeitpunkt im Vordergrund. Hierbei werden Techniken für die Extraktion von Proteinen und deren Identifikation angewandt. 

Zellkultur:

• Die Kultivierung tierischer oder pflanzlicher Zellen in einen spezifischen Nährmedium unter stringenten aber simulierten Bedingungen =)soll die biologische und klinische Forschung unterstützen. Die Kultivierung ist gleichzeitig ein Modell für die Wirkungsweise von neuen oder toxischen Substanzen auf Zellen oder Geweben. In der 3D-Zellkultur können Zellen in einer mikrostrukturierten dreidimensionalen Matrix eine räumliche Orientierung einnehmen. Langfristig sollen damit komplexe Gewebestrukturen wie Organe künstlich hergestellt werden können.

Die Molekularbiologie erstreckt sich von in vitro-Techniken bis hin zur in vivo-Untersuchung. Wichtige Techniken sind Mikroskopie, Klonierung, Zellkultur, Transfektion, Mutagenese, rekombinante Expression, Polymearase-Kettenreaktion (PCR, ddPCR), Genexpression (qPCR), isothermale Amplifikation (LAMP), NGS-Sequenzierung, Proteinanalytik (IEF, SDS) und massenspektrometrische Verfahren (LC/MS, MALDI-TOF).

In der Forschung, Entwicklung und Anwendung sind wir für jegliche Kooperation offen.

Neben den konventionellen molekularbiologiscen Techniken haben wir derzeit eine besonders gute Expertise in folgenden Bereichen:

• Zellkulturtechniken mit Zellsortierung (FACS)
• Massenspektrometrie (MALDI-TOF) zur Untersuchung von spreng- und explosivstoffbelasteten Liegenschaften sowie Charakterisierung der Reifungsprozesse von Kaffee
• Screeningplattform für Cyanobakterien
• High-Throughput Techniken in der (funktionellen) Genomik (Next-Generation-Sequencing)
• Standardsisierung in Hochdurchsatzsequenzierung
• Differenzielle Genexpression und Identifikation von Target-Genen im Bereich der "Companion-Diagnostic" mit Tumordiagnostik und von Wachstumshormonstörungen (qPCR, ddPCR)
• DNA-Chiptechnologie (Microarrays)
• Nukleinsäureamplifikation (PCR-basiert und isothermal) und -Analytik (Kapillarelektrophorese) und lichtgesteuerte Nukleinsäurereaktionen
• Etablierung mobiler Mikroskopie und Bilderkennung für die Blutanalytik
• Populationsstudien anhand Leishmaniose
• Physiologie und Kultur niederer aquatischer Invertebraten

Zu den Projekten