Vier ERC Consolidator Grants für Leibniz-Forschende

Der ERC Consolidator Grant gehört zu den höchstdotierten Fördermaßnahmen der Europäischen Union und ermöglicht herausragenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den weiteren Ausbau eines eigenen Forschungsbereichs. Um die Förderung zu erhalten, müssen die Antragsstellenden den bahnbrechenden Ansatz ihres Projekts sowie seine Machbarkeit nachweisen. Der Europäische Forschungsrat bestätigt mit der Förderbewilligung daher die individuelle wissenschaftliche Qualität der Bewerberinnen und Bewerber und das konstruktive Umfeld, das diese Forschung ermöglicht. Der ERC Consolidator Grant umfasst eine Förderung von zwei Millionen Euro über eine Laufzeit von fünf Jahren.

Im Dezember 2019 hat der Europäische Forschungsrat zwei Leibniz-Wissenschaftlerinnen und zwei Leibniz-Wissenschaftler mit einem ERC Consolidator Grant ausgezeichnet.

Arnold Boersma
DWI – Leibniz-Institut für Interaktive Materialien, Aachen
Projekt: „PArtCell - Physiologically Crowded Artificial Cells for Relevant Drug Screens“

Die Arbeit des niederländischen Chemikers Dr. Arnold J. Boersma bewegt sich im Feld der Biochemie und der synthetischen Biologie. Er wird die EU-Mittel im Speziellen dazu nutzen, künstliche Zellen herzustellen, die das Screening neuer Arzneimittel für bislang nicht behandelbare Krankheiten ermöglichen.

In Zellen herrscht ein regelrechtes Gedränge und Geschubse: Sie sind so dicht mit Proteinen und anderen Molekülen bepackt, dass man die Bedingungen mit einer U-Bahn-Fahrt während des Feierabendverkehrs in einer Großstadt vergleichen kann. Dieses sogenannte „Crowding“ hört sich nach großem Stress an, ist aber für die biochemischen Prozesse in der Zelle – und damit ihre Gesundheit –  essenziell: Auf diese Art kommen Proteine und Moleküle in Kontakt und können interagieren. Durch solche Wechselwirkungen wie hydrophobe und elektrostatische Wechselwirkungen oder Wasserstoffbrückenbindungen, können verschiedene chemische Reaktionen ablaufen, welche für die Zelle überlebensnotwendig sind. Interkationen, die durch Crowding hervorgerufen werden, können allerdings auch schädlich sein und Erkrankungen hervorrufen. Dazu gehören zum Beispiel die Alzheimer- oder die Huntington-Erkrankung. Beides sind bekannte fortschreitende neurologische Krankheiten, die bislang nicht heilbar sind.

 „Obwohl das Crowding so wichtig ist, ist es bisher ein Rätsel für uns, wie Zellen das biochemische Gleichgewicht kontrollieren. Mit unserem Projekt PArtCell (Physiologically Crowded Artificial Cells for Relevant Drug Screens) möchten wir dazu beitragen, es zu lösen. Darüber hinaus ist es unser Ziel, physiologisch bedeutsame Plattformen zu entwickeln, welche ein Screening neuer Arzneimittel für die Behandlung von Krankheiten wie Alzheimer ermöglichen. Wir erarbeiten dabei Ansätze sowohl in natürlichen als auch in künstlichen Zellsystemen, die wir miteinander vergleichen“, so A. Boersma. Im Vergleich zu natürlichen Zellen bringen ihre künstlichen Verwandten einige Vorteile mit sich. Dazu gehört beispielsweise, dass bei natürlichen Zellen eine Vielzahl unbekannter Parameter die Untersuchungen beeinflusst. In künstlichen Zellen hingegen lassen sich die Ausgangsbedingungen weitestgehend definieren und damit auch kontrollieren.

Zur Entwicklung der künstlichen Zellen nutzt Arnold Boersma modernste Mikrofluidik. Mithilfe dieser Technologie lassen sich beispielsweise winzige Tröpfchen oder Partikel von exakt definierter Größe und Form künstlich herstellen. Das DWI verfügt über weitreichende Expertise auf dem Gebiet der Mikrofluidik: „Wir nutzen die ausgezeichneten Möglichkeiten des DWI in der Mikrofluidik und produzieren künstliche Zellen mit einem physiologisch relevanten Zellinneren in kurzer Zeit und unter kontrollierbaren Bedingungen. Dies macht das DWI zu dem bestmöglichen Ort, um diese Forschungsziele zu realisieren“, erklärt Arnold Boersma.

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Miriam Rosenbaum
Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (HKI), Jena
Projekt: „e-MICROBe“

Miriam Rosenbaum ist Pionierin des jungen Fachgebiets der Elektrobiotechnologie. Die Leiterin des Biotechnikums am Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Leibniz-HKI) und Lehrstuhlinhaberin an der Friedrich-Schiller-Universität Jena wird mit der Förderung eine neue Arbeitsgruppe aufbauen. e-MICROBe, so der Name des Projekts, wird die mikrobielle Bioelektrochemie erforschen und das neue Forschungsgebiet am Leibniz-HKI etablieren.

Uns allen ist klar – wir sind auf die Unterstützung von Kleinstlebewesen wie Bakterien angewiesen: Sie helfen uns bei der Verdauung, bei der Käseherstellung, zersetzen unseren Abfall, schützen unsere Haut vor gefährlichen Keimen u.v.m. Und als erfinderische Menschen erkunden wir stets neue Wege, wie wir die vielseitigen Fähigkeiten der Bakterien für unsere Zwecke einsetzen können. Mikroorganismen produzieren bereits heute zahlreiche Substanzen, wie zum Beispiel wichtige Antibiotika.

Die meisten Produktionsverfahren für diese Substanzen erfordern Sauerstoff, den die Bakterien – so wie wir Menschen – für ihren Stoffwechsel verbrauchen. Dabei fließt gewissermaßen Strom, denn bei vielen chemischen Reaktionen werden Elektronen von einem Molekül zum anderen übertragen. Es gibt jedoch ein Problem: Dieser Sauerstoff ist gleichzeitig schädlich für die Stabilität vieler Produkte sowie den biologischen Herstellungsprozess selbst. „Das führt dazu, dass wir bestimmte sensible Verbindungen gar nicht erst produzieren können oder nur mit hohem Aufwand eine kleine Ausbeute bekommen“, erklärt Miriam Rosenbaum, die den Lehrstuhl für Synthetische Biotechnologie an der Friedrich-Schiller-Universität in Jena innehat.

Ziel von e-MICROBe ist, den Prozess umzukehren: Die Biotechnologin möchte den Stoffwechsel der Bakterien mit einer Elektrode verknüpfen, um den metabolischen Strom abzuleiten und so den Sauerstoff zu ersetzen. Auf diese Weise möchten die Forscher die Produktion der gewünschten Moleküle steuern. „Mit diesem neuen Forschungsansatz können wir biotechnologische Produktionsverfahren entwickeln, mit denen wir wiederum wichtige Wirkstoffe wie zum Beispiel dringend benötigte neuartige Antibiotika herstellen können.“

Beitrag "Schlamm bringt Lämpchen zum Leuchten" (MDR Thüringen journal, ARD-Mediathek)

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Gabi Schierning
Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW)
„MATTER - MAcroscopic quantum Transport maTERials by nanoparticle processing“ („Makroskopische Quantentransportmaterialien durch Nanopartikelverarbeitung“)

Gabi Schierning forscht sehr erfolgreich auf dem Gebiet der thermoelektrischen Materialien einschließlich der Entwicklung von thermoelektrischen Bauelemente. Diese können aus Temperaturdifferenzen der Umgebung elektrischen Strom generieren. Viele hocheffiziente thermoelektrische Materialien gehören auch in die Klasse der topologischen Isolatoren. Das sind Quantenmaterialien, die gleichzeitig als Isolatoren und als elektrische Leiter agieren können. Während im Inneren der Kristalle ein elektrisch isolierender Zustand herrscht, sind die Kristalloberflächen elektrisch leitend. 

In den wichtigsten thermoelektrischen Materialien Bismuth-Tellurid und Antimon-Tellurid existiert aufgrund der topologischen Isolatoreigenschaften an den Oberflächen des Materials eine besondere Art von „topologisch geschützten“ Ladungsträgern, die sich wesentlich besser bewegen können und damit den Widerstand des gesamten Materials verringern können. Allerdings gibt es diese Ladungsträger nur an den Oberflächen. Ein bewährtes Konzept in der thermoelektrischen Materialoptimierung ist die Verwendung von Nanopartikeln, die sich gerade durch ein extrem hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen auszeichnen. Daraus ergibt sich die Frage, ob die technisch relevante Performance der Thermoelktrika an das Auftreten und die Zahl dieser exotischen topologisch geschützten Zustände gekoppelt ist.

Mit dieser These wird sich Gabi Schierning mit dem ERC Consolidator Grant beschäftigen. Neben dieser grundlegenden Fragestellung zielt das Projekt auch auf die Entwicklung von elektronischen Bauelementen aus diesen Materialien. Wenn dies gelingt, entstehen dadurch die ersten makroskopischen Quantentransport-Bauelemente, die die elektronischen Eigenschaften dieser Oberflächenzustände nutzen.

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Nitin Sinha
Leibniz-Zentrum Moderner Orient (ZMO), Berlin
„TIMEHIST - Timely Histories: A Social History of Time in South Asia“

Dr. Nitin Sinha ist Historiker und auf Südasien spezialisiert. Am Leibniz-Zentrum Moderner Orient forschte er bereits zu Hausangestellten in Südasien während der Kolonialzeit und veröffentlichte dazu zwei Sammelbände. Das Forschungsprojekt wurde mit einem ERC Starting Grant gefördert. Mit dem ERC Consolidator Grant wird sich Nitin Sinha  nun dem Thema „Zeit“ im Südasien der Moderne zuwenden und dieses aus sozialgeschichtlicher Perspektive betrachten.

The project aims to write the history of time and temporal cultures in South Asia between the 1500s and the 1950s on a practice- and process-based history. Covering this broad timespan under five modular units, the objective is to investigate and write the graded pasts of shifts and transformations within them. In doing so, it departs from the usual approaches that focus either on the device (clock) or on the modern nation-state institutions such as army, school, factory, and office. Instead, while going beyond device-centrism, it puts ‘othered’ spaces of temporal practices such as field, farm, jungle, and river in the centre of the time’s history.

The project’s novelty is in the combined strength of transcending the widely applied frameworks across regions as well as in opening new fields of inquiry for South Asia. By generating rich empirical works, guided by interdisciplinary theoretical approaches, five clearly laid-out units will achieve this.

One, the history of work and time in which instead of factory and clock the focus is on ecology and legality across agrarian, informal, and industrial sites; two, the role of nocturnal time in shaping the practices of social transgressions but crucially in constituting the ‘rule of law’; three, the history of ‘hidden scripts’ of waiting and delay that have been neglected under the weight of technologies of speed; four, the history of the future as imagined and shaped by people using diverse resources ranging from life insurance to visiting religious timetellers; and five, an independent unit on the early modern period that would break the rigid periodisation in history writing by exploring continuous and changing time-practices. Temporal modernity, the project argues, emerged from the existing temporal cultures rather than supplant them. Through its bold yet feasible scope, TIMEHIST proposes to establish temporality as an independent analytical category in studies on spatiality, colonialism, and social history.

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