Zellen führen komplexe Aufgaben aus: Sie teilen sich, bewegen sich an ihren Bestimmungsort und bilden Gewebe. Um jede dieser Aufgaben zu erfüllen, bilden Zellen spezielle Strukturen. Diese Strukturen sind vergleichbar mit Straßen oder Gebäuden in einer Stadt, aber sie müssen sehr schnell auf- und abgebaut werden. Zellen sind dazu in der Lage, weil sich diese Strukturen spontan aus den Wechselwirkungen der Moleküle untereinander entwickeln. Dieser selbstorganisierende Prozess ermöglicht es den Zellen, sich bei Bedarf rasch an Veränderungen anzupassen. Der katalanische Physiker Prof. Jan Brugués forscht nun am Exzellenzcluster Physik des Lebens (Physics of Life - PoL), wie die Biologie physikalische Prinzipien zur Selbstorganisation in der Zelle nutzt. An der TU Dresden hat er die Professur für die Organisation subzellulärer Strukturen in Raum und Zeit am Zentrum für Molecular and Cellular Bioengineering inne.

Physik der Moleküle führt zu biologischen Funktionen

"Woher wissen die Bausteine in unseren Zellen, wie sie eine bestimmte Struktur aufbauen sollen?", fragt Prof. Jan Brugués. „Dank der enormen Fortschritte der Molekularbiologie in den letzten Jahrzehnten haben wir heute eine Liste mit allen Bausteinen des Lebens. Dennoch verstehen wir immer noch nicht, wie sie sich zum Aufbau von Zellen und Geweben zusammenfügen. Meiner Meinung nach ist dies eine der größten Herausforderungen der modernen Biologie. In meinem Labor wollen wir einen Beitrag zur Beantwortung dieser Frage leisten, indem wir untersuchen, wie die Eigenschaften von Molekülen zu neuen biologischen Funktionen in größeren Maßstäben führen.“ Dahinter steht die Frage, wie Informationen über verschiedene Ebenen hinweg übertragen werden: von der DNA über Moleküle und subzelluläre Strukturen bis hin zum Körperplan eines Organismus. Um Antworten zu finden, muss die Forschungsgruppe auch neue Instrumente und Methoden zur Messung und Analyse von Daten entwickeln. Anschließend kombinieren sie diese Messungen mit zellbiologischen und theoretischen Ansätzen. „Letztendlich ist es unser Ziel, grundlegende biologische Fragen mit Hilfe der Physik zu beantworten, aber auch zur Entdeckung neuer Physik beizutragen." Prof. Brugués ist überzeugt, dass Dresden und insbesondere das Exzellenzcluster PoL das perfekte wissenschaftliche Umfeld bietet, um Biologie und Physik zusammenzuführen und seine Forschung zu ermöglichen.

Neue Forschungssynergien

Auch Prof. Otger Campàs, geschäftsführender Direktor und Sprecher von PoL, hebt die interdisziplinäre Wissenschaftsgemeinschaft in Dresden als besonders geeignet hervor, um Forschungsfragen zu beantworten, die Größenskalen und Fachdisziplinen überspannen. „Wir wollen die physikalischen Prinzipien lebender Systeme von Molekülen bis zu Organismen aufdecken. Prof. Brugués ergänzt die aktuellen Forschungsstärken am PoL perfekt. Mit seiner Expertise bezüglich der Entdeckung physikalischer Prinzipien, die subzelluläre Strukturen steuern, schlägt er eine Brücke zwischen Molekülen und Zellen. Seine Forschung wird starke Synergieeffekte mit unserer langjährigen Arbeit zur Physik multizellulärer Systeme, biomolekularer Kondensate, synthetischer Biologie und darüber hinaus haben", sagt Prof. Campàs.

Über Jan Brugués:
Jan Brugués erlangte 2004 den M.Sc. der Theoretischen Physik in seiner Heimatstadt Barcelona. Bis 2008 promovierte er an der Universität Barcelona und der École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles in Paris in Biologischer Physik. Als Postdoktorand des Human Frontier Science Program wechselte er an die Harvard University in Boston, USA, um mehr über experimentelle Methoden und biologische Systeme zu lernen. Seine eigene interdisziplinäre Forschungsgruppe folgte 2013 am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik sowie am Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme in Dresden. Mitglied am Center for Systems Biology Dresden wurde er 2014. Neben anderen Auszeichnungen erhielt Jan Brugués ebenfalls 2014 den Career Development Award des Human Frontier Science Programs und 2022 einen ERC Consolidator Grant. Seit Dezember 2022 ist er Inhaber der W3-Professur für die Organisation Subzellulärer Strukturen in Raum und Zeit am Exzellenzcluster Physik des Lebens der TU Dresden.

Über das Exzellenzcluster Physics of Life
Physics of Life (PoL) ist eines von drei Exzellenzclustern an der TU Dresden. Es konzentriert sich auf die Identifizierung der physikalischen Gesetze, die der Organisation des Lebens in Molekülen, Zellen und Geweben zugrunde liegen. Im Cluster erforschen Wissenschaftler:innen aus Physik, Biologie und Informatik, wie sich aktive Materie in Zellen und Geweben in vorgegebene Strukturen einordnet und Leben entstehen lässt. PoL wird von der DFG im Rahmen der Exzellenzstrategie gefördert. Es ist eine Kooperation zwischen Wissenschaftler:innen der TU Dresden und Forschungseinrichtungen des Netzwerks DRESDEN-concept, wie dem Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG), dem Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme (MPI-PKS), dem Leibniz-Institut für Polymerforschung (IPF) und dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). www.physics-of-life.tu-dresden.de

Kontakt:
Dr. Maria Begasse
Geschäftsführerin | COO
DFG Cluster of Excellence - Physics of Life (PoL)
Tel.: +49 351 463-41244