Max-Planck-Fellow-Gruppe Molekulare Signaldynamik

Wie molekulare Entscheidungen in einer komplexen Welt getroffen werden

Lebewesen sind ständig wechselnden Umweltbedingungen ausgesetzt. Temperaturschwankungen, osmotischer Stress oder Schwankungen des pH-Werts erfordern schnelle und koordinierte Reaktionen. Im Zentrum dieser Prozesse stehen molekulare Sensoren, die externe Signale erfassen und in zelluläre sowie verhaltensbezogene Reaktionen umsetzen. Wir untersuchen, wie solche Signalprozesse über biologische Skalen hinweg ablaufen: von Veränderungen der Rezeptorstruktur und -dynamik über intrazelluläre Reaktionen wie den Kalzium-Einstrom bis hin zum Verhalten des gesamten Organismus.

Eine zentrale Frage unserer Forschung ist, wie Zellen vielfältige Umwelteinflüsse integrieren. In der Natur sind Lebewesen selten nur einem einzigen Signal ausgesetzt. Stattdessen müssen sie vielfältige und manchmal widersprüchliche Informationen gleichzeitig verarbeiten. Auf molekularer Ebene ist diese Integration alles andere als trivial. Signale addieren sich nicht einfach, sondern sie können sich gegenseitig verstärken, dämpfen oder qualitativ verändern. Zu verstehen, wie diese Form der „Entscheidungsfindung” in Proteinen kodiert ist, bleibt eine der zentralen Herausforderungen der modernen Biologie.

Der Fokus der Gruppe liegt insbesondere auf Ionenkanälen – Proteinen, die schnelle zelluläre Reaktionen ermöglichen und sowohl für unmittelbare Reaktionen als auch für langfristige Anpassungen unerlässlich sind. Ein zentrales Ziel ist es, zu verstehen, wie Insekten Temperatur wahrnehmen und wie sich durch Insektenvektoren übertragene Krankheitserreger an veränderte Wirtsumgebungen, einschließlich Temperaturschwankungen, Nährstoffverfügbarkeit sowie Immunreaktionen wie Redoxstress und Fieber, anpassen.

Um diese Fragen zu beantworten, kombinieren wir Ansätze aus der Strukturbiologie, der Biophysik und der computergestützten Analyse. In enger Zusammenarbeit mit Forschenden aus den Bereichen Neuroethologie und Ökologie zielt unsere Arbeit darauf ab, molekulare Mechanismen mit dem Verhalten von Organismen und ihren Interaktionen in komplexen Umgebungen zu verknüpfen.

Indem wir aufdecken, wie biologische Systeme Umweltsignale wahrnehmen, integrieren und darauf reagieren, strebt unsere Forschung danach, grundlegende Einblicke in die Funktionsweise lebender Systeme in einer sich verändernden Welt zu liefern.