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NIM nanosystems initiative munich
Aktuelles

Montag, 02. Juni 2014

Ulrich Gerland übernimmt Lehrstuhl an der TU München

Theorie komplexer Biosysteme

Der NIM Wissenschaftler Ulrich Gerland hat einen Ruf an das Physik-Department der TU München angenommen. Er leitet den neu ausgerichteten Lehrstuhl für die “Theorie komplexer Biosysteme”.

Professor Ulrich Gerland war seit 2008 Professor für Theoretische Physik am Arnold Sommerfeld Center der LMU München. Seit dieser Zeit ist Gerland auch Mitglied bei NIM.

Das Hauptaugenmerk seiner Forschung liegt im Verständnis der physikalischen Prozesse von biologischer Funktionalität in experimentell gut untersuchten Systemen. In Ergänzung der theoretischen Forschung wird die Expertise der Arbeitsgruppe durch ein experimentelles Labor erweitert, in dem die Regulationsmechanismen innerhalb von Bakterien quantitativ erforscht werden.


Forschung an Gerlands Lehrstuhl

In der Physik folgt das Zusammenspiel von Teilchen den Naturgesetzen. In der Biologie dient das Zusammenspiel von Biomolekülen einer biologischen Funktion. Diese sehr unterschiedlichen Betrachtungsweisen beginnen sich zu vereinheitlichen: Die Forschung der letzten Jahre hat in einigen beispielhaften Bereichen gezeigt, wie die Gesetze der Physik die Funktionsweise von Biomolekülen beschränken.

Die Arbeitsgruppe Gerland erforscht etliche solcher Fälle. Zum Beispiel untersucht der Lehrstuhl, wie die räumliche Anordnung und koordinierte Bewegung von Enzymen die Effizienz einer mehrstufigen Reaktion bestimmt. Diese räumlichen Anordnungen können natürlich sein (wie in biomolekularen Komplexen) oder mit den Methoden der Bio-Nanotechnologie künstlich geschaffen werden. In beiden Fällen ergeben sich grundlegende funktionale Tradeoffs, die analysiert werden müssen, um die Optimierung eines solchen Systems zu verstehen.

Methoden der Theoretischen Physik helfen dabei, die Funktion dieser komplexen biomolekularen Systeme quantitativ zu verstehen, während die biologische Funktionalität zu neuen Fragen führt, die viele Parallelen zu technischen Prozessen aufweisen. Aus dieser Sicht ist ein Bakterium ein mikroskopischer Bioreaktor, der von der Evolution so “programmiert” wurde, um sich auch in einer veränderlichen Umgebung mit unterschiedlichem Nährstoffangebot selbst zu kopieren.

Wie ist dieser Bioreaktor programmiert? Welche Strategien erlauben die Kontrolle sehr unterschiedlicher physikalisch-chemischer Prozesse auf die Art und Weise, die es erlaubt, zuverlässig ein hochkomplexes Produkt zu erzeugen? Quantitative Untersuchungen und die Modellierung solcher Systeme erlauben es der Arbeitsgruppe, ein besseres Verständnis der grundlegenden Baupläne zu erwerben.


Biographisches zu Ulrich Gerland

Ulrich Gerland wurde 1970 geboren und studierte an den Universitäten Dortmund und Heidelberg Physik. Während seiner Doktorarbeit, die er in Heidelberg und Paris anfertigte, und einem kurzen Postdoc-Aufenthalt in Karlsruhe beschäftigte er sich mit dem Gebiet des Quantenchaos und der mesoskopischen Festkörperphysik.

Er verschob seinen Forschungsschwerpunkt anschließend in die Theoretische Biophysik – und zwar im Rahmen eines längeren Postdoc-Aufenthalts an der University of California, San Diego in der Arbeitsgruppe von Professor Terence Hwa, einem der führenden Experten auf diesem dynamischen Arbeitsgebiet. 2003 kehrte er mit einem Emmy-Noether-Stipendium der DFG nach Deutschland zurück und gründete eine Juniorforschergruppe an der LMU München.

Seine erste Berufung führte ihn 2006 an die Universität zu Köln, von der er 2008 an die LMU zurückkehrte, wo er Mitglied des gemeinsamen Exzellenzclusters Nanosystems Initiative Munich (NIM) von LMU und TUM wurde. Außerdem wirkte er am Center for NanoScience (CeNS), und an der Graduate School of Quantitative Biosciences Munich (QBM). Seit 2012 wird seine Forschung im Projekt “Physikalische Analyse der Nukleosom Positionierung, Remodellierung, und Transkriptionsregulation in Hefen” durch das Bayerische Forschungsnetzwerk für Molekulare Biosysteme (BioSysNet) gefördert.

Autor: Dr. Johannes Wiedersich (Public Outreach, TU München)

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