Die biologische Signalforschung befasst sich mit den Kommunikationsprozessen, die für Lebewesen und ihre Gesundheit grundlegend sind. Sie erkundet, wie Zellen auf verschiedene Bedingungen und Signale reagieren und wie sie miteinander kommunizieren, um die Entwicklung und Funktion eines Organismus zu steuern - egal ob es sich um einen Menschen, ein Tier oder eine Pflanze handelt.

Von einzelnen Molekülen bis hin zu Zellen, Geweben und Organen wirken Signale über räumliche Skalen hinweg. Sie wirken auch über zeitliche Skalen hinweg, die von Millisekunden bis zu Lebenszeiten reichen. Durch die Signalübertragung sind Lebewesen in der Lage, essentielle Prozesse über biologische Maßstäbe hinweg zu koordinieren.

Zellen empfangen ständig eine Vielzahl von Signalen von außen und aus dem Inneren der Zelle. Darüber hinaus beeinflussen sich Signale gegenseitig und haben je nach Kontext unterschiedliche Bedeutungen. Zelluläre Entscheidungen werden in der Regel also durch mehrere Signale beeinflusst, die in Kombination wirken.

Die Mechanismen der Signalintegration und Entscheidungsfindung stehen im Mittelpunkt der Forschung von CIBSS. Diese wird von dem Ziel angetrieben, neue Signalmechanismen und -konzepte in neuartige Technologien und Ansätze zu übertragen, um globalen Herausforderungen wie der menschlichen Gesundheit und der Ernährungssicherheit zu begegnen.

Das Forschungsprogramm gliedert sich in drei eng zusammenhängende Forschungsbereiche:

• Von Molekülen zu Zellen (CIBSS-A)
• Von Zellen zu Geweben und Organen (CIBSS-B)
• Technologien und Innovation (CIBSS-C)

Von Molekülen zu Zellen (CIBSS-A) konzentriert sich auf die Erforschung grundlegender Signalmechanismen auf subzellulärer und zellulärer Ebene. Ein wichtiger Aspekt ist dabei die Integration von Signalen. Um angemessen auf mehrere eingehende Signale reagieren zu können, müssen Zellen diese in speziellen Signalintegrationszentren verarbeiten. Diese suborganelläre Kompartimentierung spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Homöostase und bei der Anpassung an veränderte Bedingungen sowohl innerhalb der Zelle als auch in ihrer Umgebung. Frühere Signale können molekulare Spuren hinterlassen, beispielsweise in Form epigenetischer Veränderungen, und sogar über Generationen hinweg wirken. Die CIBSS-Forschenden entschlüsseln die molekularen Prinzipien dieses Signalgedächtnisses.

Von Zellen zu Geweben und Organen (CIBSS-B) befasst sich mit den allgemeinen Prinzipien der Kommunikation zwischen Kompartimenten (über Organellen, Zellen und Organe hinweg). Außerdem untersucht es das Signalgedächtnis im Kontext von Gewebemikroumgebungen und Organen. Aufbauend auf Erkenntnissen über die molekularen Prinzipien der biologischen Signalübertragung entstehen starke Synergien, die sicherstellen, dass grundlegende Entdeckungen auf molekularer Ebene auf komplexere multizelluläre Systeme angewendet werden können, was ein umfassenderes und mechanistischeres Verständnis der Signalintegrationszentren über alle Skalen des Lebens hinweg ermöglicht.

Technologien und Innovation (CIBSS-C) baut auf dem wachsenden Grundlagenverständnis der Signalintegrationsprozesse über biologische Skalen hinweg auf. Die Forschung am CIBSS entwickelt chemische und genetische Werkzeuge für eine „Control-of-Function“-Technologie, die eine präzise Steuerung von Signalprozessen ermöglicht. CIBSS treibt die Technologien zur Erfassung und Analyse komplexer Daten in experimentellen Signalsystemen voran und nutzt KI und maschinelles Lernen, um neue Erkenntnisse über Signalintegrationsmechanismen zu gewinnen.

_{Bild Kopfzeile: © Michal Rössler / Universität Freiburg}