Trans­fer-RNAs (tRNAs) sind ein wichti­ger Bestand­teil der Trans­la­ti­ons­ma­schi­ne­rie und neuere Studien haben eine Reihe von Mutatio­nen in Enzymen vorge­schla­gen, die an der Modifi­ka­tion von tRNAs betei­ligt sind, die mit mensch­li­chen Krank­hei­ten in Verbin­dung gebracht werden. Aller­dings sind unsere Kennt­nisse über mensch­li­che tRNA-Modifi­ka­tio­nen lücken­haft, und die umfas­sendste tRNA-Modifi­ka­ti­ons­da­ten­bank enthält Infor­ma­tio­nen zu nur 20 % der mensch­li­chen tRNA-Modifi­ka­tio­nen. Inter­es­san­ter­weise wurde festge­stellt, dass tRNA-Thiolie­rung, die aus der intra­zel­lu­lä­ren Schwe­fel­mo­bi­li­sie­rung resul­tiert, die Prote­in­trans­la­tion in Bakte­rien und Hefen reguliert und ihre Reaktion auf Hitzestress bestimmt. 

Das Ziel dieses Projek­tes ist es, zur Entwick­lung von Metho­den beizu­tra­gen, die aussa­ge­kräf­tige und inter­pre­tier­bare Merkmale aus hochdi­men­sio­na­len Daten­sät­zen extra­hie­ren, wobei der Schwer­punkt auf der Entde­ckung überge­ord­ne­ter, kausal verbun­de­ner Fakto­ren liegt, die eine sinnvolle Seman­tik der Daten beschrei­ben. Dies wiederum kann uns helfen, tiefere Einbli­cke in die Reprä­sen­ta­tio­nen zu gewin­nen, die in fortge­schrit­te­nen genera­ti­ven Model­len zu finden sind, insbe­son­dere in Basis­mo­del­len und LLMs, mit dem Ziel, deren Effizi­enz und Sicher­heit zu verbessern.

Zu den weltweit führen­den Ursachen für erblich beding­ten Sehver­lust zählt Retin­i­tis pigment­osa, oft verur­sacht durch Spließ-Varian­ten im USH2A-Gen. Das Projekt zielt darauf ab, eine sichere genthe­ra­peu­ti­sche Strate­gie zur Korrek­tur solcher Spleiß-Defekte zu entwi­ckeln. Durch den Einsatz von enhan­ced-deletion Nuklea­sen können die patho­ge­nen Sequen­zen elimi­niert werden, um korrekte Prote­in­syn­these zu ermög­li­chen. Der Fokus liegt auf Sicher­heits­aspek­ten sowie der Entwick­lung eines induzier­ba­ren viralen Trans­port­sys­tems für die klini­sche Anwendung.

Das Forschungs­pro­jekt unter­sucht den Einfluss sterisch anspruchs­vol­ler NHC-Gold(I)-Komplexe auf die Zykli­sie­rung von Diinde­ri­va­ten. Im Fokus stehen die Synthese verschie­de­ner sterisch anspruchs­vol­ler NHC-Gold(I)-Komplexe und deren Anwen­dung in Diinzy­kli­sie­run­gen, insbe­son­dere die Unter­su­chung der Reakti­vi­tät und Selek­ti­vi­tät in goldka­ta­ly­sier­ten Reaktio­nen. Weiter­füh­rende Unter­su­chun­gen umfas­sen theore­ti­sche Berech­nun­gen und prakti­sche Anwen­dun­gen der synthe­ti­sier­ten Zykli­sie­rungs­pro­dukte für Pharma­zeu­tika oder organi­sche Materialien.

Dieses Projekt zielt darauf ab, die Klassi­fi­zie­rung selte­ner Krank­hei­ten mithilfe neuro­na­ler Netzwerke zu verbes­sern und zentrale Heraus­for­de­run­gen wie begrenzte Daten­ver­füg­bar­keit und hohe Hetero­ge­ni­tät anzuge­hen. Wir wollen bestehende Modelle und deren Reprä­sen­ta­tio­nen unter­su­chen, ihre Sensi­ti­vi­tät auf techni­sche Varian­zen korri­gie­ren und Eigen­schaf­ten identi­fi­zie­ren, die für die Klassi­fi­zie­rung von Vorteil sind.

Unser Ziel ist es, künst­li­che neuro­nale Netzwerke durch Gehirn ähnli­che Schalt­kreise zu entwi­ckeln. Wie im Gehirn werden künst­li­che Neuro­nen und Synap­sen mit neuar­ti­gen Memris­to­ren gebil­det und in einem Cross­bar-Array angeord­net. Kombi­niert mit ultra­schnel­ler Photo­nik wollen wir Signal­ver­ar­bei­tung und Matrix-Vektor-Multi­pli­ka­tio­nen optimie­ren, um Limits konven­tio­nel­ler Techno­lo­gien zu überwin­den. Damit sollen Energie­ver­brauch, Rechen­zeit und System­kom­ple­xi­tät in Rechen­sys­te­men verbes­sert werden.

Mein Promo­ti­ons­pro­jekt konzen­triert sich auf die Identi­fi­zie­rung licht­emp­find­li­cher Prote­ine, die als Photo­re­zep­to­ren bezeich­net werden, im Modell­or­ga­nis­mus Chlamy­do­mo­nas reinhard­tii. Ich möchte klären, wie diese Rezep­to­ren die innere biolo­gi­sche Uhr, den zirka­dia­nen Rhyth­mus, regulie­ren. Ich fokus­siere mich darauf, die Eigen­schaf­ten eines unbekann­ten, rotlicht­emp­find­li­chen Photo­re­zep­tors zu bestim­men und heraus­zu­fin­den, wie dieser Rezep­tor die innere Uhr reguliert. Diese Erkennt­nisse können verwen­det werden, um zu verste­hen, wie Pflan­zen im Allge­mei­nen Licht­in­for­ma­tio­nen verarbeiten.

Dieses Projekt befasst sich mit der Vertei­lung von Tiefsee-Makro­fauna (Tiere zwischen 0,3 mm – 5 cm) im Arkti­schen Ozean über zeitli­che und räumli­che Skalen. Ich möchte die Hypothese testen, ob Umwelt­fak­to­ren wie Ozeanerwär­mung und Meereis­rück­gang auch die Lebens­ge­mein­schaf­ten der Tiefsee betref­fen. Darüber hinaus unter­su­che ich die Arten­viel­falt, Verbrei­tung und Konnek­ti­vi­tät von Isopo­den, da sie eine häufige und vielfäl­tige Gruppe der Makro­fauna darstel­len, aber in der Zentra­len Arktis kaum erforscht sind. Sie betrei­ben „Brutpflege“ – das bedeu­tet, ihre Jungen schlüp­fen in einem Brutsack (wie ein winzi­ges Känguru) und verbrei­ten sich daher im Vergleich zu Tieren mit freischwim­men­den Larven nicht so weit.

3D-Druck auf der Nanoe­bene ist ein etablier­tes Verfah­ren, für bestimmte Anwen­dun­gen aber noch zu langsam. Üblicher­weise belich­ten Laser­pulse ein Volumen­ele­ment einer licht­emp­find­li­chen Tinte nach dem anderen und bauen daraus das gewünschte Objekt auf. In diesem Projekt wird jeder einzelne Laser­puls hologra­fisch geformt und belich­tet eine Vielzahl von Volumen­ele­men­ten paral­lel. Diese Technik verspricht um Größen­ord­nun­gen höhere Druck­ra­ten und soll für komplexe 3D-Struk­tu­ren demons­triert werden.

Polare Moleküle ermög­li­chen die Simula­tion komple­xer Spin-Modelle und konden­sier­ter Materie durch ihre verän­der­ba­ren langreich­wei­ti­gen Wechsel­wir­kun­gen. Dieses Projekt unter­sucht den BEC-BCS-Übergang von einem Bose-Einstein-Konden­sat aus tetrato­ma­ren Molekü­len zu einem diato­ma­ren p‑Wellen Supra­fluid. Das Supra­fluid ist von beson­de­rem Inter­esse, da es voraus­sicht­lich Majorana-Nullmo­den beher­ber­gen kann – Quasi­teil­chen, sie sich ideal für fehler­to­le­ran­tes Quanten­com­pu­ting eignen.

Das Projekt zielt darauf ab, die Fabri­ka­tion von 3D-laser­ge­druck­ten Materia­lien durch den Einsatz tiefer Neuro­na­ler Netze (NN) zu beschleu­ni­gen und zu verbes­sern. Dabei werden physi­ka­li­sche Simula­tio­nen des 3D-Laser­drucks entwi­ckelt und verwen­det um die NNs zu trainie­ren. Diese können dann beispiels­weise die gedruck­ten Struk­tu­ren bereits im Drucker charak­te­ri­sie­ren oder Objekte so prä-kompen­sie­ren, dass itera­tive Charak­te­ri­sie­rung und Optimie­rung außer­halb des Druckers minimiert werden kann.

In dem Forschungs­pro­jekt "Optische und elektro­ni­sche neuro­mor­phe Systeme" geht es um bio-inspi­rierte und ressour­cen­scho­nende Konzepte für neuro­mor­phes Rechnen. Das Ziel ist, diese Konzepte in optischen und elektro­ni­schen Syste­men basie­rend auf organi­schen Halblei­ter­ma­te­ria­lien zu reali­sie­ren und deren physi­ka­li­sche Grund­la­gen zu beschreiben.

Mensch­li­che Gehirne und visuell gesteu­erte Roboter benöti­gen eine inten­sive Rechen­leis­tung, um visuelle Muster in verschie­de­nen Kontex­ten und Varia­tio­nen zu erken­nen. Insek­ten wie das Tauben­schwänz­chen nutzen ebenfalls diese invari­ante Muster­er­ken­nung, um anhand von Blüten­mus­tern geeig­nete Nahrungs­pflan­zen auszu­wäh­len – und das mit nur einem Bruch­teil der "Rechen­leis­tung". Um zu verste­hen, wie diese Effizi­enz möglich ist, werden wir verhal­tens­ba­sierte und neuro­nale Metho­den einset­zen, um die algorith­mi­sche Grund­lage der Muster­er­ken­nung bei Insek­ten aufzudecken.

In einer Raumzeit gibt es eine Zeit- und mehrere Raumdi­men­sio­nen. In der für uns erleb­ba­ren Welt gibt es genau drei Raumdi­men­sio­nen. Nun spricht in der Diffe­ren­ti­al­geo­me­trie nichts dagegen, auch Mannig­fal­tig­kei­ten mit mehre­ren Zeitdi­men­sio­nen zu betrach­ten. In diesem Projekt geht es um algebra­ische Struk­tu­ren, insbe­son­dere die Gruppe SO(p,q), die die Dynami­ken und die Geome­trie von solchen sogenann­ten pseudo-Riemann­schen hyper­bo­li­schen Räumen mit mindes­tens einer Zeitdi­men­sion beschreiben.

Trotz umfas­sen­der Forschung im Bereich der perso­na­li­sier­ten Medizin schaf­fen nach wie vor vielver­spre­chende perso­na­li­sierte Thera­pien nicht die Trans­la­tion in die klini­sche Praxis. In meinem Promo­ti­ons­pro­jekt möchte ich durch die Kombi­na­tion von mecha­nis­ti­scher Model­lie­rung und experi­men­tel­len Metho­den ein Signal­weg-Modell erstel­len, das die Wirkun­gen poten­zi­el­ler Thera­pien vorher­sagt, um damit ideale Krite­rien für eine erleich­terte Trans­la­tion der Forschung zum Patien­ten zu erfüllen.

Einzelne magne­ti­sche Moleküle können als Bausteine für neue künst­li­che Spin-Systeme verwen­det werden, welche für die Quanten­in­for­ma­ti­ons­ver­ar­bei­tung inter­es­sant sind. Wir verwen­den Raster­tun­nel­mi­kro­sko­pie (RTM) in Kombi­na­tion mit Elektro­nen­spin­re­so­nanz (ESR) um solche Spin-Systeme auf einer Oberflä­che zu konstru­ie­ren und zu unter­su­chen. Dies ermög­licht die Unter­su­chung grund­le­gen­der Spin-Eigen­schaf­ten auf atoma­rer Skala und das Erfor­schen magne­ti­scher Phäno­mene in Multi-Spin-Systemen.

In Zusam­men­ar­beit mit dem LV Prasad Eye Insti­tute unter­su­chen wir die Wieder­her­stel­lung der Sehkraft bei Perso­nen, die aufgrund von Katarak­ten vorüber­ge­hend erblin­det sind, um die neuro­na­len Mecha­nis­men sensi­bler Phasen der Gehirn­ent­wick­lung zu erfor­schen. Genauer gesagt unter­su­chen wir höhere korti­kale Reprä­sen­ta­tio­nen und ob und wie sie entste­hen, wenn der visuelle Input verzö­gert eintrifft, z. B. nicht vor der Mitte der Kindheit. Das vorlie­gende Disser­ta­ti­ons­pro­jekt wird sich auf Objekt­re­prä­sen­ta­tio­nen konzen­trie­ren und darauf, wie diese im Zusam­men­spiel mit anderen visuel­len Berei­chen entste­hen. Wir erwar­ten ein besse­res Verständ­nis dafür, wie frühe Erfah­run­gen die Konnek­ti­vi­tät des Gehirns im Erwach­se­nen­al­ter prägen.

Die Alzhei­mer-Krank­heit (AD) hat eine multi­fak­to­ri­elle Ätiolo­gie, die unter anderem eine vasku­läre Dysfunk­tion und eine aberrante Neuro­im­mu­ni­tät umfasst. Unser Ziel ist es, das Gen ABI3 als mögli­che Verbin­dung zwischen diesen beiden Aspek­ten der Alzhei­mer-Patho­phy­sio­lo­gie zu unter­su­chen. Mithilfe trans­ge­ner Mausmo­delle und einer Kombi­na­tion aus bioche­mi­schen, immun­hi­s­to­che­mi­schen und In-vivo-Bildge­bungs­ver­fah­ren werden wir unter­su­chen, wie sich die AD-Risiko­va­ri­ante S209F ABI3 auf die Neuro­de­ge­nera­tion, die Immun­kom­pe­tenz und die Gefäß­dy­na­mik auswirkt.

Seltene geneti­sche Störun­gen führen zu einer unzurei­chen­den Produk­tion von Blutzel­len, die häufig tödlich verlau­fen und am häufigs­ten bei Klein­kin­dern auftre­ten. Diese Krank­hei­ten sind in erster Linie monogen, d. h., sie werden durch den Funkti­ons­ver­lust eines einzi­gen Gens verur­sacht. Um die Auswir­kun­gen dieses Funkti­ons­ver­lus­tes zu unter­su­chen, wird in meinem Projekt versucht, ihn außer­halb des mensch­li­chen Körpers nachzu­ah­men, und zwar in mensch­li­chen Knochen­mark­or­ga­no­iden (BMOs). Durch die Unter­su­chung von BMOs sollen kriti­sche Fakto­ren identi­fi­ziert werden, die zum Versa­gen des Knochen­marks beitra­gen, und diese Infor­ma­tio­nen schließ­lich zur Entwick­lung neuer diagnos­ti­scher Metho­den genutzt werden.

Stern­hau­fen galten lange als Objekte, deren Sterne alle das gleiche Alter und die gleichen chemi­schen Häufig­kei­ten haben. Die überra­schende Entde­ckung multi­pler Stern­po­pu­la­tio­nen in Stern­hau­fen ist bislang unerklärt. Anhand von schnell rotie­ren­den masse­rei­chen Emissi­ons­li­ni­en­ster­nen werde ich unter­su­chen, ob rotati­ons­be­dingte Durch­mi­schung eine plausi­ble Ursache sein könnte. Außer­dem werde ich prüfen, ob gewisse leichte Elemente tatsäch­lich brauch­bare Anzei­ger multi­pler Popula­tio­nen sind.

DNA-Nanoröhr­chen werden in der synthe­ti­schen Bottom-up Biolo­gie häufig als Nachah­mung von Zytoske­lett­fi­la­men­ten verwen­det. Mit Hilfe eines synthe­ti­schen starPEG-Konstrukts, das als Vernet­zer fungiert, gelingt es uns, die nur wenige Nanome­ter dicken DNA-Nanoröhr­chen zu bündeln. In der Masse organi­sie­ren sie sich selbst zu Ringen im Mikro­me­ter­be­reich. Wir errei­chen, dass sie sich bei Tempe­ra­tur­er­hö­hung oder in Anwesen­heit von Verdrän­ger­mo­le­kü­len wie Dextran zusam­men­zie­hen (in Zusam­men­ar­beit mit der Gruppe Kierfeld, TU Dortmund).

Galaxien sind von einer mannig­fal­ti­gen und komple­xen Atmosphäre umgeben – dem zirkum­ga­lak­ti­schen Medium (CGM). Um ein selbst­kon­sis­ten­tes Modell für die Entwick­lung von Galaxien entwi­ckeln zu können ist es unabding­bar, dass wir die Prozesse verste­hen, die im CGM ablau­fen. Aus diesem Grund wollen wir mit Hilfe von numeri­schen Simula­tio­nen das Gas inner­halb von Galaxien­hau­fen unter­su­chen und ungeklär­ten Fragen auf den Grund gehen. Wir werden die bereits existie­rende kosmo­lo­gi­sche, state-of-the-art Simula­tion Illus­trisTNG analy­sie­ren und des weite­ren neue Arten von Simula­tio­nen entwickeln.

Die meisten Tiere weisen eine bilate­rale Symme­trie auf, aber auch asymme­tri­sche Merkmale haben sich wieder­holt in verschie­de­nen taxono­mi­schen Gruppen entwi­ckelt. Aller­dings sind die geneti­schen Mecha­nis­men, welche zu solchen Varia­tio­nen von asymme­tri­schen Merkma­len führen, immer noch unklar. Wir werden den schup­pen­fres­sen­den Fisch, Peris­so­dus micro­l­epis, verwen­den, um die geneti­schen Grund­la­gen der außer­ge­wöhn­li­chen morpho­lo­gi­schen und verhal­tens­be­zo­ge­nen Asymme­trie zu analy­sie­ren. Diese Studie wird wichtige Einbli­cke in das mecha­nis­ti­sche Funda­ment von asymme­tri­schen Entwick­lun­gen und den Ursprung evolu­tio­nä­rer Neuar­tig­keit liefern.

Stark emotio­nale Erinne­run­gen werden separat verar­bei­tet. Bei negati­ven Erfah­run­gen kann das zu maladap­ti­ver Gedächt­nis­bil­dung führen, die affek­tive Störun­gen begüns­ti­gen kann. Dieses Projekt soll unser Verständ­nis adapti­ver und maladap­ti­ver Gedächt­nis­pro­zesse verbes­sern. Wir werden Gehirn­ak­ti­vi­tät bei Aufga­ben analy­sie­ren, die maladap­tive Gedächt­nis­sym­ptome imitie­ren. Dadurch hoffen wir, Ansatz­punkte für Behand­lun­gen zu finden, die maladap­tive Gedächt­nis­pro­zesse hemmen.

Ziel der Studie ist die Analyse und Kartie­rung der Zytoar­chi­tek­tur des mensch­li­chen Hypotha­la­mus in histo­lo­gi­schen Schnit­ten von 10 postmor­ta­len Gehir­nen. Als Ergeb­nis wollen wir ein hochauf­ge­lös­tes histo­lo­gi­sches 3D-Modell des Hypotha­la­mus und seiner Kerne als Grund­lage zur Unter­su­chung von Struk­tur-Funkti­ons-Bezie­hun­gen sowie proba­bi­lis­ti­sche zytoar­chi­tek­to­ni­sche Karten, die die inter­in­di­vi­du­elle Varia­bi­li­tät der Hypotha­la­mus­kerne in Bezug auf Größe und Lage im Referenz­raum wider­spie­geln, erarbeiten.

Die Fähig­keit nicht-resis­ten­ter bakte­ri­el­ler Erreger, Antibio­tika während einer Infek­tion zu überle­ben (Toleranz) trägt nicht nur zum weltwei­ten Anstieg der Antibio­ti­ka­re­sis­tenz, sondern auch zum chroni­schen Rückfall von Infek­tio­nen bei. Ziel des Projekts ist es zu verste­hen, was nach einer Antibio­tika-Behand­lung zur bakte­ri­el­len Wieder­be­le­bung beiträgt und welche biolo­gi­schen Wege zugrunde liegen. Die Ergeb­nisse dieses Projekts werden zu besser infor­mier­ten Entschei­dun­gen über die Auswahl von Antibio­tika zur Behand­lung von Infek­tio­nen und zur Vorbeu­gung von Rückfäl­len beitragen.

Viren sind die an den häufigs­ten vorkom­men­den biolo­gi­schen Einhei­ten auf der Erde. Obwohl sie Mitglie­der der drei Lebens­be­rei­che infizie­ren, ist nur wenig über den Infek­ti­ons­me­cha­nis­mus von Archaeen Viren bekannt. Ziel dieser Forschung ist es, Einbli­cke in die Wechsel­wir­kun­gen zwischen halophi­ler archaealer Zellen und ihren Viren zu gewin­nen mittels der Kombi­na­tion mikro­sko­pi­scher, moleku­lar­bio­lo­gi­schen und virolo­gi­schen Techniken.

Carbon-Nanotube (CNT) Resona­to­ren werden designt und herge­stellt, um deren Eigen­schaf­ten als Sensor zu nutzen. Wir werden einen Einzel­mo­le­kül­ma­gne­ten (SMM) auf einem CNT-Resona­tor aufbrin­gen, um dessen Spinzu­stände über die mecha­ni­schen Oszil­la­tio­nen im CNT zu verän­dern. Mit diesem nanome­cha­ni­schen Ansatz lassen sich Einzel­mo­le­kül­ma­gnete unter­su­chen mit der Möglich­keit, diese in zukünf­ti­gen Quanten­tech­no­lo­gien einzusetzen.

Dank moder­ner Techno­lo­gie ist es heutzu­tage möglich, Geräte zu bauen, die quanten­me­cha­ni­sche Objekte aktiv manipu­lie­ren. Die Verwen­dung von Quanten­ob­jek­ten als Infor­ma­ti­ons­trä­ger hat viele wichtige Auswir­kun­gen auf die zukünf­tige Kommu­ni­ka­tion, da Quanten­in­for­ma­tio­nen genutzt werden können, um perfekte Sicher­heit zu errei­chen und die Effizi­enz von Kommu­ni­ka­ti­ons­net­zen zu steigern. Dieses Forschungs­pro­jekt konzen­triert sich auf die Entwick­lung siche­rer und anony­mer Quanten­kom­mu­ni­ka­ti­ons­pro­to­kolle, um ein zukünf­ti­ges Quanten­in­ter­net zu entwickeln.

Der Nachweis von Gravi­ta­ti­ons­wel­len (GW) hat ein neues Fenster zum Univer­sum geöff­net, durch das wir die Physik der Verschmel­zung von Schwar­zen Löchern und Neutro­nen­ster­nen studie­ren können. Durch die Analyse von GW können wir auf Eigen­schaf­ten der entspre­chen­den astro­phy­si­ka­li­schen Systeme schlie­ßen. Die derzei­ti­gen Analy­se­me­tho­den sind jedoch rechne­risch zu teuer, um mit der wachsen­den Daten­menge umgehen zu können. Meine Forschung befasst sich daher mit der Entwick­lung effizi­en­ter Metho­den des maschi­nel­len Lernens für die GW-Analyse.