Department Molekulare Systembiologie
Wie wirken sich Umweltschadstoffe auf lebende Zellen aus und mit welchen Mechanismen steuern die Zellen die Antwort auf eine Exposition? Wie greifen die verschiedenen Stufen der Regulation vom initialen Ereignis bis zum veränderten Erscheinungsbild der Zelle dabei ineinander und welche Wechselwirkungen bestehen dabei? Darüber hinaus ist vieles auf der nächsthöheren Ebene oftmals noch unklar: Wie kommunizieren Zellen beispielsweise in einem Gewebeverband oder einer mikrobiellen Gemeinschaft miteinander? Und eine Ebene höher stellen sich unter anderem die Fragen, wie in Symbiosen die Regulation der Wechselwirkungen im Wirts-Mikrobiom-System erfolgen oder warum und wie bei einer Störung der Bakterienflora (Dysbiose) Krankheiten entstehen.
Die Reaktion von lebenden Zellen, Organismen oder von mikrobiellen Gemeinschaften auf äußere Einflüsse führt von einem initialen Effekt über Veränderungen auf Signalwegsebene hin zu einer Entscheidung, ob das System angemessen reagieren kann oder nicht. Die einzelnen Schritte und vor allem die Steuerung der Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Ebenen sind nicht ausreichend bekannt, um sie auch vorhersagen zu können. Genau das ist aber notwendig, um nicht alle möglichen Stoffe einzeln untersuchen zu müssen.
Für die Erfassung der effektiven Exposition setzen wir moderne Methoden der Massenspektrometrie ein. Damit kann eine große Palette von Xenobiotika, aber auch Pharmazeutika in sehr unterschiedlichen Medien erfasst werden. Das Department Molekulare Systembiologie betreut die Proteomics/Metabolomics Plattform Prometheus. Die Kompetenzen des Departments umfassen (1) Quantitative Schadstoffbestimmungen in humanen Kohorten, (2) das Screening von Xenobiotika in Fettzellen und Fettgewebe und (3) den Nachweis von Xenobiotika in mikrobiellen Gemeinschaften.
Die Wirkungen bestimmen wir überwiegend mit proteomischen und metabolomischen Methoden. Das sind (1) quantitative globale Proteomics (SILAQ, TMT, LFQ), (2) gerichtete Quantifizierung einzelner Proteine (SRM), (3) Protein Stable Isotope Probing (Protein-SIP) für die Analyse von Struktur und Funktion mikrobieller Gemeinschaften, (4) die globale Quantifizierung von posttranslationalen Modifikationen und Protein-Protein-Interaktionen, (5) globale Metabolomics von Serum, Urin und zellulären Extrakten und (6) die Quantifizierung und Fluxanalyse von ausgewählten Metaboliten.