Eine neue Dimension der Forschungsförderung

Menschen, die die Welt abseits von dominanten Normen wahrnehmen und fühlen oder sich in ihr kreativ bewegen, werden selten in Design und Kunst mitgedacht. Das Emerging Field TSxS fragt anders: Was können Design und Kunst wissen, wenn diverse Fähigkeiten als methodische Grundlage eingesetzt werden? Ein Forschungs-Hub und vier Labs an der Kunstuniversität Linz und der Technischen Universität Wien arbeiten in Teams, in denen sich vielfältige Fähigkeiten zusammenfinden, gemeinsam daran, einen Paradigmenwechsel zu erreichen, bei dem Diversität die Voraussetzung für Forschung und Gestaltung darstellt.

„Wenn Personen mit unterschiedlichen Lebensrealitäten Forschung zu Design und Kunst gemeinsam gestalten, können Fragen gestellt werden, die bisher nicht gestellt wurden – und Ausdrucksformen erkundet werden, denen bisher strukturell keine Beachtung geschenkt wurde“, so Florian Sametinger, Koordinator, über die Ziele des Emerging Fields.

Trotz bedeutender Fortschritte in der Krebsbehandlung stehen viele krebskranke Kinder weiterhin vor begrenzten Therapieoptionen, Therapieresistenz oder leiden an schweren Nebenwirkungen. Neue Ansätze sind dringend erforderlich. Das Emerging Field erforscht eine bisher vernachlässigte Ebene der Genregulation: die Steuerung der Proteinproduktion aus RNA in Zellen. Dieser Prozess wird von molekularen Maschinen durchgeführt, die man Ribosomen nennt. Lange Zeit galten Ribosomen als einfache Fabriken, heute sind sie jedoch als wichtige Regulatoren der Proteinsynthese bekannt, die das Zellverhalten im gesunden wie im kranken Zustand prägen. Durch die Untersuchung der Ribosomenfunktion bei pädiatrischen Krebserkrankungen versucht das Forschungsteam einen verborgenen „Ribosomencode“ zu entschlüsseln, den Krebszellen für ihr Wachstum und die Entstehung von Therapieresistenzen nutzen. Die Entschlüsselung dieses Systems könnte unser Verständnis der Proteinproduktion grundlegend verändern und neue Wege zu sichereren und wirksameren Therapien für krebskranke Kinder eröffnen.

„Motiviert durch die sich abzeichnende Rolle von Ribosomen als bislang wenig erforschte Ebene der Genregulation bei Krebserkrankungen im Kindesalter, vereint unser vielfältiges Team Fachwissen aus den Bereichen mechanistische Biologie und pädiatrische Krebsforschung. Diese leistungsstarke Kombination versetzt uns in die einzigartige Lage, den Ribosomencode von bösartigen Tumoren im Kindesalter zu entschlüsseln und diese Erkenntnisse in innovative Therapieansätze umzusetzen“, so Gülsün Elif Karagöz, Koordinatorin des Emerging Fields.

„Uncovering the Axioms of Mathematics“ ist ein interdisziplinäres Forschungsprojekt, das Mathematik, Informatik und Philosophie vereint, um eine der grundlegendsten Fragen der Wissenschaft zu beantworten: Wie sollten die Regeln der Mathematik lauten? Bereits vor 100 Jahren ging der Wiener Kreis – eine Gruppe führender Intellektueller aus Philosophie und Naturwissenschaften – dieser Frage nach. Ihre Arbeit gipfelte in Gödels Unvollständigkeitssätzen, einer der bedeutendsten Errungenschaften in den Grundlagen der Wissenschaft. Diese Sätze zeigen auf, dass es Fragen gibt, die mit den bekannten Regeln der Mathematik nicht beantwortet werden können. In diesem Emerging Field betrachten die Forschenden das Phänomen der Unvollständigkeit aus einer modernen Perspektive unter Berücksichtigung moderner Entwicklungen wie Computern und KI. Ziel ist die Enthüllung der Axiome der Mathematik.

„Axiome sind die Grundregeln der Mathematik – und damit ihr wichtigster Bestandteil. Sie sind gewissermaßen die Atome des Universums oder die Bits eines Computers: die elementaren Bausteine, aus denen alles entsteht. In diesem Sinne sind Axiome die DNA der Mathematik, die wir noch besser verstehen wollen“ so Juan P. Aguilera, Koordinator, über die Ziele des Emerging Fields.

Mehr als zwei Drittel aller Menschen leben in Küstennähe. Während der Ozean lange als Senke für Plastikverschmutzung galt, schleudern brechende Wellen Meeresgischt in die Luft, wodurch Plastik in die Atmosphäre gelangen kann. Das Emerging Field „Marine Micro/Nanoplastics: Emission, Fate and Health Impacts“ stellt drei grundlegende Fragen: Wie viel Plastik setzen Wellen in die Atmosphäre frei, wohin wird es transportiert, und welche Risiken entstehen für Menschen? Indem das Forschungsteam Ozeanprozesse ins Labor bringt und Emissionsexperimente mit Transportmodellierung und Gesundheitsstudien verknüpft, wird das Projekt erstmals Emission, Transport und Gesundheitseffekte in einem konsistenten Rahmen zusammenführen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden das Verständnis globaler Plastikpfade und menschlicher Exposition grundlegend verändern und die Grundlage für zukünftige Luftqualitätsvorhersagen schaffen.

„Wir wollen einen Paradigmenwechsel einleiten, bei dem der Ozean nicht länger ausschließlich als Senke für Plastik gilt, sondern als zentrale Quelle, die Plastik erneut in die Atmosphäre freisetzt. Dadurch entsteht ein neues Verständnis der Emission, des globalen Transports sowie der gesundheitlichen Auswirkungen von Mikro- und Nanoplastik“, so Markus Holzner, Koordinator, über die Ziele des Emerging Fields.

Jeder Mensch entsteht aus der Verschmelzung einer Eizelle mit einem Spermium. Diese einzigartigen Zellen stammen aus der Keimbahn – einer Gruppe von Zellen, die den Bauplan des Lebens in sich tragen und ihn in einer ununterbrochenen Verbindung zwischen den Generationen weitergeben. Das Emerging Field „Germline Illuminated by Cellular Structural Biology“ hat sich zum Ziel gesetzt, ein grundlegendes Rätsel zu lösen: Wie schützen, verpacken und übertragen diese Zellen die genetische Information? Durch die Kombination revolutionärer hochauflösender Bildgebungstechnologien mit Computersimulationen wird das Team einen Blick in das Innere dieser Zellen werfen, um nicht nur die Biologie der Keimbahn zu beobachten, sondern auch ihre faszinierende, noch wenig erforschte Biologie zu verstehen.

Das Team wird untersuchen, wie Keimzellen „genetische Parasiten” abwehren, wie DNA in Spermien verpackt wird und wie Spermien und Eizellen verschmelzen, um neues Leben zu schaffen. Durch die Untersuchung dieser Prozesse in Fruchtfliegen, Zebrafischen und Mäusen wird GEMINI zum Verständnis von Fruchtbarkeit und Vererbung und damit dem Ursprung des Lebens selbst beitragen.

„Die Keimbahn enthält die wichtigsten Zellen unseres Körpers: Ohne sie wären wir alle nicht hier und unsere gesamte Spezies würde nicht existieren. GEMINI wird Licht auf die faszinierende Biologie werfen, die sich in diesen einzigartigen Zellen verbirgt. Damit wird es als Vorbild für das aufstrebende Gebiet der „Integrierten Zellbiologie 2.0“ dienen – wie die gegenseitige Befruchtung von Biologie und Technologie unser Verständnis grundlegender Fragen der Biologie verändern und gleichzeitig die Technologie voranbringen kann“, so Andrea Pauli, Koordinatorin, über die Ziele des Emerging Fields.

Woher kommt Erfindergeist? Er ist keine rein menschliche Eigenschaft, sondern findet sich auch im Tierreich. Im Emerging Field „Comparative Ecological Innovation Styles“ untersuchen die beteiligten Forschenden, wie unterschiedliche Körperbauten, ökologische Nischen und kognitive Fähigkeiten die Entstehung neuer Verhaltensweisen prägen. Anstatt nur erfolgreiche Problemlösungen zu vergleichen, analysiert das Team detaillierte Aneignungs-, Lern- und Entwicklungsverläufe bei einigen der innovativsten Tiere: Papageien, Rabenvögel und Menschenaffen. So wird ein prozessbasiertes Verständnis geschaffen, wie Innovation entsteht, welche Rolle motorische Fähigkeiten und Umweltbedingungen spielen und warum sich erfinderische Strategien zwischen Arten unterscheiden. Diese Erkenntnisse sollen nicht nur unser Bild von tierischer Intelligenz erweitern, sondern auch dazu beitragen, Robotersysteme zu entwickeln, die flexibler und anpassungsfähiger handeln.

„Innovation ist das Ergebnis der Interaktion von Körper, Umwelt und Erfahrung. Indem wir diese Prozesse vergleichend untersuchen, gewinnen wir ein neues Verständnis von Erfindertum – in der Evolution wie in der Übertragung in die Robotik“, so Alice Auersperg, Koordinatorin, über die Ziele des Emerging Fields.

Krisen wie Kriege, Pandemien oder Klimaextreme destabilisieren globale Lieferketten. Doch wie wirken sie auf Ressourcennutzung, Nachhaltigkeit, Ungleichheit und gesellschaftliches Wohlergehen? REMASS adressiert diese Fragen mithilfe neuer Ansätze zur Erforschung des gesellschaftlichen Stoffwechsels, das heißt der Ressourcenflüsse, Materialbestände (zum Beispiel in Gebäuden und Infrastrukturen) sowie ihrer Leistungen für die Gesellschaft. REMASS schafft eine hochauflösende Datenbasis zum gesellschaftlichen Stoffwechsel. Diese ermöglicht es, die Resilienz des Stoffwechsels gegenüber Unterbrechungen von Lieferketten mit Big-Data-Ansätzen der Komplexitätsforschung zu quantifizieren. REMASS analysiert die Gestaltbarkeit der Ressourcennutzung in drei wichtigen Versorgungssystemen (Ernährung, Wohnen, Mobilität) und identifiziert zentrale Akteure, Entscheidungsprozesse und Machtbeziehungen.

„Die steigende Nutzung natürlicher Ressourcen treibt die Erderhitzung an, gleichzeitig bedrohen aktuelle Krisen die globalen Lieferketten. In unserer Forschung analysieren wir die Resilienz der Ressourcennutzung und Optionen ihrer nachhaltigeren Gestaltung – vielleicht finden wir sogar Kipppunkte in Richtung mehr Nachhaltigkeit und Gerechtigkeit?“, so Helmut Haberl, Koordinator, über die Ziele des Emerging Field.

Gravitation ist die Krümmung der Raumzeit: Das ist die zentrale Botschaft der Einsteinschen Relativitätstheorie, ausgedrückt in der mathematischen Sprache der Lorentzgeometrie. Diese handelt jedoch nur von der Krümmung glatter Flächen (ohne Kanten oder Spitzen), was für die Physik oft nicht ausreicht. In den letzten Jahrzehnten wurde aufbauend auf den mathematischen Theorien der Metrischen Geometrie und des Optimalen Transports ein Krümmungsbegriff für nicht-glatte Geometrien entwickelt. Unsere Forschungsgruppe konnte eine Brücke von diesem Krümmungsbegriff zur Lorentzgeometrie schlagen. Die Vision ist es, damit grundlegende offene Probleme der Physik zu bearbeiten: Singularitäten in der Relativitätstheorie und eine vereinheitlichende Sprache für bestimmte Zugänge zur Quantengravitation.

„Einsteins große Erkenntnis besagt, dass Gravitation nichts anderes ist als die Krümmung der Raumzeit. Unser Emerging Field entwickelt einen völlig neuen Zugang zur Raumzeit-Krümmung, der Anwendungen in Relativitätstheorie und Quantengravitation verspricht“, so Roland Steinbauer, Koordinator, über die Ziele des Emerging Field.

Das Gehirn von Säugetieren wird durch hochkomplexe Entwicklungsprozesse gebildet, die von tausenden Genen und deren Interaktion mit der pränatalen Umgebung gesteuert werden. Mutationen in den zugrunde liegenden Genen können eine Prädisposition für verschiedene neurologische Entwicklungsstörungen darstellen. Viele Menschen mit genetischer Veranlagung für neurologische Entwicklungsstörungen leben allerdings ein gesundes Leben. Dieses Projekt hat sich zum Ziel gesetzt, die molekularen Prozesse zu entschlüsseln, durch die ein günstiges pränatales Umfeld durch Stärkung der Brain-Resilience eine genetische Veranlagung für neurologische Entwicklungsstörungen aufheben und die Entwicklung eines gesunden Gehirns ermöglichen kann. 

„Der Zugang in diesem Projekt ist völlig neuartig, da wir die natürlichen Mechanismen der Widerstandsfähigkeit des Gehirns erforschen wollen, um die Ausprägung genetisch bedingter Veränderung der Funktion des Gehirns und des Verhaltens positiv zu beeinflussen“, so Igor Igorevich Adameyko, Koordinator, über die Ziele des Emerging Field.

Woher kommen wir? Wie sich mehrzellige Lebensformen wie Pflanzen und Tiere aus einzelligen Mikroorganismen wie Bakterien und Archaeen entwickelt haben, ist eine der grundlegendsten und am wenigsten verstandenen Fragen der Biologie. Sie lässt das Rätsel unserer Ursprünge unbeantwortet.

Ein Hinweis auf diese Frage liegt in der Entstehung einer Gruppe von Proteinen, die sich mit der DNA zu einem sogenannten „Chromatin“ zusammenfügen. Chromatin steuert die Genexpression, um die vielen Zelltypen komplexer Lebensformen zu differenzieren. Wir wissen, dass sich die Chromatinproteine bereits vor der Entstehung der mehrzelligen Lebensformen diversifiziert haben, und es ist wahrscheinlich, dass die Evolution des Chromatins das Auftreten komplexer Lebensformen ermöglichte und sie in die Lage versetzte, sich an die verschiedenen Umweltbedingungen auf dem Planeten Erde anzupassen.

Das EvoChromo-Projekt bringt drei Forschende mit interdisziplinärem Fachwissen zusammen, um ein neues Labor am Department für funktionelle und evolutionäre Ökologie der Universität Wien, dem GMI – Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und dem Institute of Science and Technology Austria (ISTA) zu bilden. Gemeinsam will das Team herausfinden, wann und wie sich das Chromatin entwickelt hat, um komplexe Lebensformen hervorzubringen.

„Unser Projekt EvoChromo wird die Ursprünge von Proteinen identifizieren, die mit dem Genom interagieren und die Evolution aller komplexen Lebensformen auf der Erde ermöglicht haben. Die Forschung in EvoChromo basiert auf neuen experimentellen Strategien und Organismen, die in einer interdisziplinären Forschungseinheit integriert werden“, so Frédéric Berger, Koordinator, über die Ziele des Emerging Field.

Das Osteosarkom ist ein aggressiver Knochenkrebs, der in der EU jährlich über 1.000 Kinder betrifft und komplexe genetische Mutationen trägt. Dies hat die Entwicklung zielgerichteter Medikamente erschwert, sodass es seit 40 Jahren keine Fortschritte in der klinischen Therapie gibt. Das Forschungsprojekt „DART²OS“ will diesen Stillstand mit einer neuartigen Krebstherapie durchbrechen, die die Kraft unseres Immunsystems nutzt. Das Team wird mit modernsten molekularbiologischen Methoden Mutationen charakterisieren, die für das Immunsystem sichtbar sind. Diese Informationen werden genutzt, um patientenspezifische Immunzellen (sogenannte TCR-T-Zellen) zu entwickeln, die Krebszellen erkennen und töten können. Über das Osteosarkom hinaus sollen damit auch Grundlagen für die Entwicklung von personalisierten TCR-T-Zell-Therapien bei anderen Krebsarten gelegt werden.

„Unser Team vereint Expert:innen aus verschiedenen Forschungsbereichen hinter einem gemeinsamen Ziel: das vielversprechende Konzept personalisierter TCR-T-Zell-Therapien für die Behandlung von Krebserkrankungen im Kindesalter nutzbar zu machen“, so Johannes Zuber, Koordinator, über die Ziele des Emerging Field.