Spezialforschungsbereiche

Im Spezialforschungsbereich COMB.AT, einem ambitionierten Projekt in der optischen Metrologie, erforscht ein Team aus Forschenden fundamentale physikalische Konstanten auf einem bisher unerreichten Niveau der Präzision. Mit einer innovativen Methode, die Licht mit Orbitaldrehimpuls (OAM) einsetzt, zielt COMB.AT darauf ab, die Messgenauigkeit in der molekularen und nuklearen Spektroskopie zu steigern.

Diese Forschung verbindet die Expertise von führenden theoretischen und experimentellen Physiker:innen, die im Zuge des SFB gemeinsam an der Grenze des wissenschaftlichen Verständnisses arbeiten. COMB.AT konzentriert sich auf elektrisch-dipolverbotene Übergänge, die mithilfe von Licht mit OAM untersucht werden können. Das eröffnet ein neues Paradigma für die Präzisionsmessung und die Entwicklung innovativer nuklearer und molekularer Uhren.

Diese wegweisende SFB-Kooperation ermöglicht so, langfristig angelegte und interdisziplinäre Forschungsthemen zu bearbeiten, um die Grenzen der optischen Metrologie und Spektroskopie entscheidend zu erweitern und wissenschaftliche Infrastruktur für exzellente Forschung zu schaffen.

Sprache ist eine unserer fundamentalsten kognitiven Fähigkeiten. Der Spezialforschungsbereich entwickelt einen neuen Ansatz zur Modellierung des sprachlichen Systems. Den Ausgangspunkt bildet die Hypothese, dass der kognitive Kern der Sprachfähigkeit zwar auf logisch-symbolischen Berechnungen basiert, jedoch in ein kognitives System stochastischer Natur eingebettet ist. Als Schnittstelle zwischen der symbolischen und der stochastischen Komponente bedient sich die Grammatik der zentralen Optimierungsfaktoren Redundanz und Defizienz, die sprachlichen Operationen zugrunde liegen können und es ermöglichen, sowohl unter- als auch überspezifizierte Eingaben zu verarbeiten. Der Spezialforschungsbereich bündelt die außerordentlich starke linguistische Forschung an den Universitäten Graz und Wien und befasst sich mit einheitlich definierten, umfassenden empirischen Bereichen der Grammatik (Pronomina und Ellipse). Die Teilprojekte beleuchten, klassifizieren und modellieren diese theoretisch und empirisch unter der Perspektive der Konzepte Redundanz und Defizienz. Die zu erwartenden Erkenntnisse versprechen nicht nur ein tiefergreifendes Verständnis der grundlegenden Mechanismen des grammatischen Systems, sondern eröffnen auch neue Perspektiven für zentrale Fragestellungen der Kognitionswissenschaften hinsichtlich der Rolle der Sprache in der Kognition.

Im Zentrum dieses Forschungsnetzwerkes stehen zufällige diskrete Strukturen, die allgegenwärtig in vielen Bereichen der modernen Mathematik, aber auch essenziell für die Beschreibung diverser Phänomene in der mathematischen Physik sind. Sie spielen zum Beispiel eine Schlüsselrolle, um Phasenübergänge zu verstehen, die physikalische Systeme bei abrupten Veränderungen durchmachen – wie Wasser beim Übergang vom flüssigen zum festen Zustand, wenn die Temperatur unter null fällt. Dazu werden in diesem Spezialforschungsbereich verschiedene zweidimensionale Modelle betrachtet, wie das berühmte Dimer Model und planare Graphen. Es werden dabei probabilistische und kombinatorische Sichtweisen vereint, um fundamentale Fragen über diese Modelle zu beantworten. Wie können sie abgezählt werden, entweder exakt oder näherungsweise? Wie kann man ihre Zufallsgeometrie unter geeigneter Skalierung verstehen? Wie kann man die faszinierende Beobachtung erklären, dass die gleichen Strukturen und Gesetzmäßigkeiten in ganz verschiedenen Kontexten immer wieder auftreten? Solche Fragen haben tiefliegende Verbindungen zur mathematischen Physik, von topologischen Phasenübergängen bis hin zur Liouville-Quantengravitation, die untersucht werden.

Während ältere Arbeiten strukturelle und administrative Veränderungen der Regierungszeit Maximilians I. untersuchten, konzentrieren sich neuere Studien auf die Persönlichkeit und das Wirken des Kaisers, stellen ihn als monomanischen Politiker oder Mäzen künstlerischer und kultureller Produktionen dar, als Meister der Medienmanipulation und Impresario seines Selbstbildes und seiner politischen Strategie. In Maximilians sogenannten Ruhmeswerken wird er oft als derjenige dargestellt, der alle damit verbundenen künstlerischen Aktivitäten selbst konzipiert, arrangiert und überwacht hat. Doch Maximilian war weder das alleinige Mastermind hinter dieser textlichen, musikalischen und visuellen Propaganda, noch war er der einzige Gestalter seiner Politik. Während frühere Darstellungen Maximilians persönlichen Anteil an der Konzeption und Ausführung seiner Herrschaft überbetont haben, haben jüngere Studien oft seine entscheidende Interaktion mit jenen vernachlässigt, die seine Herrschaft umsetzten. Auch wenn die Maximilian-Forschung die Bedeutung der Beziehungen zwischen den an seiner Herrschaft beteiligten Akteuren nie geleugnet hat, wurde meist verabsäumt, seine Politik und Regierung als das Ergebnis von Netzwerken von Individuen zu betrachten und deren Funktionsweise mit den Mitteln der Prosopographie zu untersuchen. ManMAX verfolgt einen neuen Interpretationsansatz für Maximilians Herrschaft und für vormoderne Herrschaft und Regierungshandeln im weiteren Sinne und untersucht systematisch alle Ebenen seiner Verwaltung, nicht nur den Rat, Funktionseliten oder andere Personen mit persönlichen Verbindungen zum Herrscher bzw. seine Verwandten und Vertrauten der obersten politischen Ebene. Berücksichtigt werden alle Akteur_innen der ausgedehnten Herrschaft Maximilians, die in der Dokumentation seiner Kanzlei genannt werden, von hochrangigen Mitgliedern seines Hofs bis hin zu Maultiertreibern. ManMAX hat eine umfassende prosopographische Analyse der Herrschaft Maximilians zum Ziel, die auf neuen Prinzipien der Quellenauswahl und -auswertung beruht. Zentrales Forschungsergebnis werden zwei frei zugängliche Datensammlungen (in den Applikationen APIS und ediarum) sein, die am Ende der achtjährigen Laufzeit des SFB bis zu 200.000 Personen und die Art ihrer Interaktionen umfassen werden. Die schiere Masse dieses Materials stellt eine völlig neue Dimension in der Maximilianforschung dar. ManMAX überschreitet Fächergrenzen bei gleichzeitiger disziplinärer Tiefenschärfe und umfasst acht eng miteinander verzahnte Teilprojekte an der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, der Albertina, dem Kunsthistorischen Museum und den Universitäten Graz und Wien. Sie nutzen den Datensatz als zentrales und verbindliches Forschungsinstrument und tragen gleichzeitig zu dessen ständiger Erweiterung und Optimierung bei. Die breite interdisziplinäre Aufstellung des Teams stellt sicher, dass die Ansätze der einzelnen Disziplinen optimal miteinander verzahnt werden.

Elektrische Maschinen spielen seit Jahrzehnten eine zentrale Rolle bei der Energieumwandlung; nicht nur als Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie, sondern auch als Motoren, zum Beispiel für Elektrofahrzeuge. Die moderne Leistungselektronik brachte zahlreiche neue Betriebs- und Einsatzmöglichkeiten solcher Motoren, und zusammen mit neuen Materialien und Fertigungstechniken sowie durch Fortschritte in der Konstruktionsoptimierung und Regelungstechnik bergen sie enormes Potenzial für das Erreichen der Klimaziele. 

Aktuelle Auslegungsverfahren für elektrische Maschinen basieren auf nur wenigen Parametern und Betriebsarten, typischerweise bei konstanter Drehzahl oder konstantem Drehmoment. Optimierungspotenzial bleibt dadurch auf der Strecke. Dieser SFB will dieses Potenzial nutzbar machen und mit den Forschungsarbeiten einen Paradigmenwechsel vollziehen, hin zu neuen integrierten Simulations- und Auslegungsansätzen. Die neuen Ansätze berücksichtigen von Anfang an alle wichtigen Aspekte einer elektrischen Maschine wie Form und Topologie, zeitabhängige Betriebszyklen, komplexes Materialverhalten, Parameterunsicherheiten, Robustheit und Lärmentwicklung sowie neue Kühltechniken zum Ausreizen thermischer Grenzen.

In unseren Zellen ist jedes Chromosom zweimal vorhanden, wobei eine Kopie vom Vater und eine von der Mutter vererbt wird. Bei der Befruchtung verbinden sich die männlichen und weiblichen Geschlechtszellen. Um den korrekten Chromosomensatz unseres Nachwuchses sicherzustellen, wird dieser Satz während der Entwicklung von Spermium und Ei halbiert. Die spezialisierte Zellteilung der Meiose bewerkstelligt dies in einem faszinierenden Tanz der Chromosomen und ordnet während dieses Prozesses das genetische Material in jeder Generation neu an. Fehler in der Meiose sind Ursache für Fehlgeburten, Unfruchtbarkeit und genetische Erkrankungen, aber auch im positiven Sinn für Anpassung und Evolution. Trotz weitreichender Forschungserfolge fehlt uns weiterhin ein umfassendes mechanistisches Verständnis der vielen Teilschritte der Meiose und davon, wie sogenannte parthenogenetische (asexuelle) Organismen die Meiose „umfunktionieren“. In diesem Spezialforschungsbereich sollen diese grundlegenden Themen in verschiedensten Modellorganismen bis zum Menschen durchleuchtet werden. Dabei setzt man auf die breit gefächerte Expertise der neun SFB-Mitglieder, die von Zellbiologie, Genetik, Biochemie und Strukturbiologie bis Biophysik, Informatik und mathematischer Modellierung reicht.

Die Abteilung für Chromosomenbiologie an der Universität Wien weist eine lange Tradition erfolgreicher Meioseforschung auf. In diesem Spezialforschungsbereich werden auch hervorragende Spezialist:innen von der Johannes Kepler Universität Linz, dem ISTA und dem IMBA einbezogen, um das Kernteam an der Universität Wien zu verstärken.

Das 200-jährige Jubiläum für Gregor Mendel‘s Geburtstag fällt ins Jahr 2022. Gregor Mendel konnte zwar noch nichts von Chromosomen ahnen, erkannte aber als erster die Regeln für die Vererbung von genetischen Merkmalen. Heute wissen wir, dass die Verteilung der Chromosomen bzw. die Neuanordnung von Genen auf den Chromosomen im Zuge der meiotischen Zellteilung das Herzstück der Genetik sind. Wir fühlen uns daher besonders geehrt, dass der Start unseres SFBs in das Jahr 2022 fällt.

Der Quantencomputer – wo quantenmechanische Zustände Bits (bzw. Qubits) repräsentieren – ist in aller Munde. Obwohl er bestimmte Rechnungen bereits schneller ausführen kann als herkömmliche Computer, wird der Ruf nach robusteren festkörperbasierten Quantensystemen („solid state quantum systems“) lauter, um das Problem der Quantenfehlerkorrektur in den Griff zu bekommen und so das Potenzial des Quantenrechnens voll ausschöpfen zu können. Weniger bekannt sind korrelierte Quantenmaterialien („correlated quantum materials“). Dies sind Designer-Materialien mit Eigenschaften, die durch Quanteneffekte stark wechselwirkender Elektronen bedingt sind. Sie stellen ein hochaktives, aber besonders komplexes Gebiet der festkörperphysikalischen Grundlagenforschung dar.

Im Rahmen des Spezialforschungsbereichs „Correlated Quantum Materials and Solid State Quantum Systems“ sollen beide Gebiete kombiniert werden. Konzepte und Methoden, die im Rahmen der Quantencomputer-Forschung entwickelt wurden, sollen helfen, korrelierte Quantenmaterialien besser zu verstehen. So will man beispielsweise mithilfe völlig neuartiger Verschränkungsmessungen dem Rätsel der Hochtemperatursupraleitung auf die Schliche kommen. Im Gegenzug soll erforscht werden, wie man sich korrelierte Quantenmaterialien für Quantenanwendungen zunutze machen könnte. Korrelierte Quantenmaterialien mit topologischen Eigenschaften zum Beispiel könnten in neuartigen Hybridsystemen zu sehr robusten und gut steuerbaren Quanten-Bauelementen führen.

Sicherheit und Privatsphäre sind Menschenrechte, die auch in der digitalen Gesellschaft gelten sollten. Der in der neuen europäischen Datenschutz-Grundverordnung verankerte Grundsatz von „Security and Privacy by Design“ schreibt vor, dass der Datenschutz bereits in der frühen Entwurfsphase von IT-Infrastrukturen berücksichtigt werden sollte. Leider reichen die modernen Technologien nicht aus, um diesen Grundsatz zu verwirklichen, wie die Zahlen der Angriffe und Sicherheitslücken zeigen. Ohne Schutz der Privatsphäre ist eine groß angelegte Digitalisierung nicht möglich. Daher ist es ein Forschungsgebiet mit außerordentlichen technologischen, gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Auswirkungen. 

Der Spezialforschungsbereich „SPyCoDe“ zielt darauf ab, die technologischen Grundlagen für die Verwirklichung des Prinzips „Security and Privacy by Design“ zu schaffen – und zwar indem er Unternehmen Werkzeuge zur Verfügung stellt, um komplexe Systeme wie zum Beispiel Blockchains und Computerarchitekturen zu bauen, die aufgrund ihrer Komponenten von vornherein sicher sind und die Privatsphäre schützen. Diese Forschung ist ein Querschnittsthema der Informatik, das bahnbrechende Erkenntnisse in den Bereichen Logik, Systemsicherheit und Kryptographie vereint.

Das Forschungsgebiet des Immunmetabolismus beschäftigt sich mit der Auswirkung der Stoffwechselprozesse innerhalb von Immunzellen auf deren Funktion. Alle Zellen sind in der Lage die zur Verfügung stehenden Energiesubstrate auf unterschiedlichen metabolischen Wegen zu verwerten. Neuartige Erkenntnisse zeigen, dass die Beschreitung bestimmter Stoffwechselwege direkt die Funktion der Immunzellen reguliert. So setzen etwa Immunzellen, die akut bei einer bakteriellen Infektion aktiviert werden um die Eindringlinge abzutöten, auf die Gärung als metabolischen Weg Zucker abzubauen. Jene Zellen, die den durch die Infektion entstandenen Gewebsschaden reparieren, bevorzugen den oxidativen Abbau von Zucker, die Atmung. Warum das so ist, ist bisher unklar. Die heutigen Erkenntnisse zum Immunmetabolismus beruhen vorwiegend auf Versuchen im Reagenzglas. Die metabolische Umgebung in der Zellkulturschale unterscheidet sich jedoch gravierend von den Bedingungen in unserem Körper und ist auch in den einzelnen Organen unterschiedlich. Die Konzentration von Glukose ist zum Beispiel in der Lunge 10x mal niedriger als im Blut, während Fettsäuren im Darm und im Fettgewebe stark vermehrt vorkommen. Nach dem Motto „Man ist, was man isst“ wird vermutet, dass die Verfügbarkeit von Nährstoffen in den Geweben die Immunfunktionen direkt steuert. Darüber hinaus wird angenommen, dass eine Fehlfunktion in diesen Stoffwechselprozessen, die Grundlage vieler Erkrankungen darstellt. Ein pharmakologisches Eingreifen in die fehlgeleitenden Stoffwechselvorgänge der Immunzellen bietet einen neuen therapeutischen Ansatz zur Behandlung chronischer Erkrankungen. Wie diese unterschiedlichen Metabolite die Immunfunktion beeinflussen, und wie diese dann die Funktion des jeweiligen Organs sicherstellen, ist komplett ungeklärt. Diese Fragen wollen die 7 ForscherInnen aus Graz und Wien im SFB-Projekt gemeinsam beantworten. Die idealen Immunzellen, um die Rolle des Immunmetabolismus im Gewebe zu untersuchen sind Makrophagen. Makrophagen sind evolutionär gesehen die ältesten Immunzellen, welche schon in den ursprünglichsten multizellulären Organismen vorkommen. Sie spielen eine essenzielle Rolle in der Aufrechterhaltung der Gewebeintegrität durch das Phagozytieren („Fressen“) von alten oder kranken Gewebszellen oder von pathogenen Mikroorganismen und Viren. Dadurch haben Makrophagen gelernt, sich an die verschiedensten aufgenommenen Stoffwechselprodukte anzupassen, deren Metabolisierung wiederum ihre Immunfunktion beeinflusst. Das multidisziplinäre Team bestehend aus WissenschafterInnen mit Expertise im Bereich des Metabolismus, der Immunologie, Biochemie, Epigenetik, Biophysik, und des Mikrobioms wird die metabolischen Funktionen von Makrophagen speziell im Darm und im Fettgewebe untersuchen. In Tiermodellen, Patienten und innovativen Organoidkulturen werden Erkrankungen des Menschen in diesen Geweben untersucht, um neue therapeutische Ansatzpunkte für entzündliche Darmerkrankungen, Krebs, Adipositas oder Diabetes zu finden.

Wie sich Materialien auf kleinster Skala verhalten – wie sich Atome an Oberflächen umordnen und wie sie auf ihre Umgebung und auf äußere Reize reagieren – lässt sich schon recht gut verstehen: mit quantenmechanischen Methoden können relativ einfache Prozesse modelliert und mit wohl-kontrollierten Experimenten verglichen werden. Wenn Systeme aber komplexer werden, z.B. wenn viele Elemente in einem Stoff enthalten sind oder wenn sie einer Gasatmosphäre oder Flüssigkeit ausgesetzt sind, dann stoßen diese Methoden rasch an ihre Grenzen.

Im Spezialforschungsbereich „TACO“ arbeiten experimentelle und theoretische Gruppen aus Physik und Chemie der TU Wien und Universität Wien eng zusammen, um solche Methoden einen großen Schritt vorwärts zu bringen. Dabei werden insbesondere Ansätze des maschinellen Lernens eingesetzt, die Modellrechnungen ganz drastisch beschleunigen können.

Das Projekt konzentriert sich dabei auf Oxide, also Verbindungen von Metallen mit Sauerstoff. Diese Materialien gehören zu den häufigsten anorganischen Stoffen auf unserer Erde. Je nach Zusammensetzung ändern sie ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften. Dies ist zugleich Fluch und Segen: Die Vielzahl ihrer Strukturen, gerade an den Oberflächen, sind besonders schwierig mit Modellen in den Griff zu bekommen. Andererseits ermöglicht es diese weite Bandbreite, Materialeigenschaften zu erzielen, die für technologische Anwendungen maßgeschneidert sind.

Oxide kommen in der Energiespeicherung, bei der Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energie und in Katalysatoren zum Einsatz. Gerade in diesen Gebieten hakt es oft daran, dass die zugrundeliegenden Prozesse und Phänomene gut verstanden werden müssen, um bessere Konzepte realisieren zu können. Die im SFB entwickelten Methoden und Forschungsergebnisse sollen dazu einen wesentlichen Beitrag leisten.

Das Projektteam hat eine Vielzahl von experimentellen Methoden zur Verfügung und kann damit ein Material unter verschiedensten Bedingungen untersuchen – von Einkristallen im Vakuum bis zu technischen Pulverproben unter Reaktionsbedingungen. Eine wichtige Rolle spielen sogenannte ‚hand-shake‘ Methoden, die von allen beteiligten Arbeitsgruppen gleichermaßen benutzt werden – damit ist die Übertragbarkeit der Ergebnisse gewährleistet.

Die theoretischen Arbeitsgruppen wenden verschiedene Ansätze des maschinellen Lernens an, von Computervision bis hin zur Modellierung von Oberflächenreaktionen und -spektren. Diese Methoden werden in enger Zusammenarbeit mit den experimentellen Gruppen getestet und verfeinert.

Der Bauplan aller Zellen und Organismen wird als genetische Information mittels der vier Buchstaben A (Adenosin), G (Guanosin), C (Cytidin), und T (Thymidine) in deren DNA gespeichert. Wird genetische Information als Anleitung für die Bildung von Eiweissstoffen, den essentiellen Bausteinen der Zellen, herangezogen, so wird die in der DNA gespeicherte Information vorerst in das der DNA verwandte Molekül „RNA“ umgeschrieben. Die genetischen Buchstaben der RNA sind mit jenen der DNA nahezu ident. Lediglich T wird in RNA durch U (Uridin) ersetzt.

Bis vor kurzem ging man davon aus, dass die vier Buchstaben der RNA, ähnlich jenen der DNA während des Lebenszyklus eines RNA Moleküls weitgehend unverändert bleiben und somit die RNA eine nahezu idente Kopie der DNA darstellt. Neuere Ergebnisse zeigen jedoch, dass RNA auf vielfältige Art chemisch verändert und modifiziert werden kann: heute sind ca. 150 verschiedene chemische Modifikationen an RNA bekannt, von denen manche nur in bestimmten Organismengruppen nachgewiesen werden können.

Für manche chemisch angebrachten Modifikationen konnte gezeigt werden, dass diese die Stabilität, den Transport, die Funktion oder die genetische Information der RNA Moleküle stark beeinflussen. Es scheint ferner möglich, dass chemische Modifikationen an RNA nicht nur dynamisch angebracht, sondern auch wieder entfernt werden können. Dieses komplexe chemische Repertoire gibt Organismen und Zellen die Möglichkeit, mittels Modifikation von RNA deren genetische Information in Abhängigkeit von Umwelteinflüssen, Infektionen, oder Stress variabel zu verändern.
Bei der Vielzahl der heute bekannten chemischen Modifikationen an RNA ist es nicht verwunderlich, dass die zellulären Maschinen, welche diese Modifikationen anbringen, erkennen, oder auch wieder entfernen nur teilweise bekannt sind. Ebenso sind die Signale, welche zur Anbringung chemischer Modifikation führen, sowie deren Interaktionen mit anderen zellulären Prozessen nicht bekannt. Schliesslich sind die biologischen Konsequenzen vieler RNA-Modifikationen noch nicht studiert.

In diesem SFB Gemeinschaftsprojekt werden 14 Expert:innen auf dem Gebiet der RNA Forschung aus Innsbruck und Wien gemeinsam einige der vielen offenen Fragen der chemischen RNA Modifikationen untersuchen. Gemeinsam wird das multidisziplinäre Team bestehend aus Chemikern, Biochemikern, Virologen, Biologen Strukturbiologen und Informatikern das Vorkommen die Funktion der vielseitigen RNA Modifikationen, sowie deren regulatorische Rolle auf Zellfunktion, während der Entwicklung, oder bei der Entstehung von Krankheiten untersuchen.

Der gezielte Abbau von Proteinen ist von größter Wichtigkeit für die Funktion unserer Zellen und damit des ganzen Organismus. Wenn Proteine sich entfalten, können sie Aggregate bilden, die schließlich zum Zelltod führen. Diese Proteine müssen daher rasch abgebaut werden. Außerdem müssen Proteine während einer Vielzahl von Signalwegen rasch entfernt werden, um das Anschalten von neuen Komponenten zu ermöglichen, aber auch um Signale wieder abzuschalten. Zudem spielt der Proteinabbau eine essentielle Rolle bei der Differenzierung von Zellen. Defekte im gezielten Proteinabbau können zu Erkrankungen wie z.B. Krebs oder Neurodegeneration führen. Aufgrund der großen Bedeutung des gezielten Proteinabbaus für die Funktion von Zellen haben sich komplexe Systeme entwickelt, die diesen vermitteln. Zu den bedeutendsten dieser Systeme gehört das Ubiquitin-Proteasom-System (UPS) sowie die Autophagie. Im UPS werden die abzubauenden Proteine mit dem kleinen Protein Ubiquitin markiert, vom Proteasom erkannt, entfaltet und schließlich innerhalb des Proteasoms abgebaut. In der Autophagie hingegen werden die Zielproteine von Rezeptoren erkannt, oft auch aufgrund ihrer Ubiquitylierung, anschließend von einer Doppelmembran umschlossen und letztendlich im Lysosom abgebaut. Wie genau die Zielproteine markiert werden und welche Signale entscheiden, ob ein Protein vom UPS oder über Autophagie abgebaut wird, ist unklar.     

Innerhalb dieses SFBs werden wir erforschen, wie Proteine markiert werden und wie sie dem UPS oder der Autophagie zugeführt werden. Wir werden außerdem untersuchen, wie Proteine im Zellkern abgebaut werden, wo die Autophagie nicht funktionell ist. Des Weiteren werden wir erforschen, wie sich die Abbauwege mit kleinen Molekülen umprogrammieren lassen und so möglicherweise therapeutische Eingriffe erlauben. Um diese Ziele zu erreichen, haben wir ein schlagkräftiges Team von Forscher*innen zusammengestellt, welches auf eine Vielzahl von Modellorganismen und Methoden zurückgreifen kann. Die so entstandenen Synergien werden international beachtete und biomedizinisch relevante Mechanismen zu Tage fördern.

Stammzellen sind von grundlegender Bedeutung für die Bildung und Funktion komplexer mehrzellige Organismen. Definiert werden Stammzellen dadurch, dass sie sich zum einen selbst erneuern können und zum anderen spezialisierte Tochterzellen produzieren, die sich dann endgültig differenzieren. Die spezifischen Zelltypen, die in einem bestimmten Organ vorhanden sind, werden häufig von einem einheitlichen Stammzellpool erzeugt oder regeneriert. Im Zentralnervensystem hingegen erfordert die enorm komplexe Gewebearchitektur die Erzeugung morphologisch und funktionell unterschiedlicher Nerven und Gliazellen in einer räumlich und zeitlich aufeinander abgestimmten Weise. Aus diesem Grund durchlaufen neuronale Stammzellen verschiedene Kompetenzzustände, um in zeitlich begrenzter Weise, verschiedene neuronaler Subtypen zu erzeugen.

Das zentrale Ziel dieses Konsortiums ist es, bei der Analyse der molekularen Mechanismen, die neuronale Vorläuferzellen und Stammzellen räumlich und zeitlich regulieren und so die enorme Vielfalt der im Zentralnervensystem vorkommenden Neuronen erzeugen, neue Wege zu beschreiten. Wir glauben, dass die ordnungsgemäße Integration extrinsischer Signale und die Änderungen des inneren Zustands neuronaler Stammzelllen und neuronaler Subtypen entscheidend sind für die Ausbildung neuronaler Schaltkreise und eines funktionierenden Nervensystems. Unser Ziel ist es, die Mechanismen zu charakterisieren, welche die zeitliche Identität in neuralen Stammzellen regulieren, und zu analysieren, wie diese durch extrinsische Faktoren und während der Regeneration moduliert werden.

Das Konsortium kombiniert eine Reihe von wettbewerbsfähigen Spitzentechnologien, darunter Einzelzell-Transkriptomik, hochauflösende Abstammungsanalyse und Reprogrammierung mit
Modellsystemen, die von Wirbellosen bis hin zu Organoiden des menschlichen Gehirns reichen. Alle experimentellen Partner profitieren von einem zentralen Zentrum für Bioinformatik, welches die Datenanalyse mit Hilfe innovativer molekularer Evolutionsalgorithmen und quantitativer Modellierung, vorantreibt.

Aufbauend auf früheren Entdeckungen und technologischen Fortschritten, die im Konsortium vorhanden sind, erwarten wir neue Einsichten in die Mechanismen, welche die zeitlichen Identitäten in
neuronalen Stammzellen steuern. Unsere langfristige Vision ist es, zu untersuchen, wie die koordinierte Etablierung neuronaler Unterklassen in Raum und Zeit die Erzeugung funktioneller neuronaler Netzwerke erleichtert. Wir hoffen, dass uns dies letztendlich erlauben wird, neurale Stammzellen auf innovative Weise zu modulieren und ihre Fehlfunktionen während des Alterns und bei Krankheiten zu bekämpfen.

Neben der Generierung unterschiedlicher methodischer und wissenschaftlicher Synergien wird das Projekt ein wichtiger Schritt sein, um ein zentrales Zentrum für die Biologie neuronaler Stammzellen in Österreich zu etablieren. Die komplementären Fachkenntnisse und Forschungsdurchbrüche der Partner, die in den führenden Life-Science-Campus in Österreich eingebettet sind, können dabei in vollem Umfang genutzt werden.

Durchschnittlich beschäftigte Nachwuchswissenschafter:innen

Mehr als 15 Personen in Teilzeit und Vollzeit

Principal Investigators (PI)

• Anna Kicheva, ISTA, Morphogen reguliertes Wachstum und Musterbildung in Rückenmark
• Elly Tanaka, IMP, Zeitliche Dynamik der selbstorganisierten Strukturierung des Rückenmarks
• Simon Hippenmeyer, ISTA, Molekulare Mechanismen der neuronalen Stammzellprogression
• Kristin Tessera, Uni Wien, Effekte circadianer Uhrgenvarianz auf neuronale Stammzellen
• Gaia Novarino, ISTA, Neuronal Stammzellen bei Autismus und Epilepsie
• Florian Raible, Uni Wien, Neuronale Stammzellen in der Regeneration
• Frank Edenhofer, Uni Innsbruck, Human-spezifische Moderatoren neutraler Stammzeit-Spezifität
• Arndt von Haeseler, Uni Wien, Quantitative Modelle für die-omics basierte Stammzellenforschung
• Jürgen Knoblich, Institut für Molekulare Biotechnologie, Eine Kartierung Adulter Stammzellen im Gehirn

Das zentrale Ziel des SFB “Advanced Computational Design” ist es, die Entwicklung von Entwurfs-und Planungswerkzeugen mittels multi-und interdisziplinärer Grundlagenforschung in den Feldern digitale Architektur, integrale Bauplanung, Computergrafik und Virtual Reality, Mathematik und computergestützte Mechanik voranzutreiben. Obwohl das Bauwesen unsere Lebenswelt prägt und dadurch die Gesellschaft in ökologischer, kultureller und ökonomischer Hinsicht in großem Maß beeinflusst, erreichen die in diesem Bereich durch Digitalisierung eröffneten Möglichkeiten noch keine Breitenwirkung. Silo-Denken und sequentielle Planungsprozesse sind nach wie vor vorherrschend. Das Feld der Informations- und Kommunikationstechnologie wiederum entwickelt höchst innovative digitale Entwurfswerkzeuge, die in der Grundlagenforschung verankert sind, jedoch oftmals das relevante Entwurfswissen vermissen lassen und dadurch den Bedürfnissen von Designern/innen nicht gerecht werden.

Der SFB schafft eine einzigartige Kombination aus wissenschaftlichen Disziplinen und kollaborativer Forschung mit einer soliden theoretischen Verankerung um einen tiefgreifenden Innovationssprung in computerbasierten Designmethoden zu bewirken. Er setzt sich aus acht Teilprojekten in den Bereichen Architektur, Informatik, Mathematik und Ingenieurswissenschaften zusammen und vereint das Center for Geometry and Computational Design der TU Wien mit Forschern/innen der Universität Innsbruck und der TU Graz. Mittels zukunftsorientierter interdisziplinärer Ansätze sollen grundlegende computerbasierte Werkzeuge und Methoden entwickelt werden, die im AEC-Sektor (Architecture Engineering Construction) als auch in der Kreativwirtschaft weitere Verwendung finden können.  Diese Methoden sollen schon in den frühen Entwurfsphasen direktes Feedback zwischen Designer/innen und Entwurfswerkzeugen etablieren, um damit den Lösungsraum um Varianten zu erweitern, die mittels herkömmlicher Ansätze nicht gefunden werden könnten. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Miteinbeziehung impliziten Entwurfswissens.

Internationale Kooperationspartner

• Chris Martin: University of Oxford
• Hans-Christian von Bothmer: University of Hamburg
• Simon Guest: University of Oxford
• Alan ChalmersUniversity of Warwick
• Anne-Hélène Olivier: University of Rennes and INRIA MimeTIC
• Ferran Argelaguet: INRIA Rennes
• Helmut Pottmann: KAUST, SA
• Niloy Mitra: University College London
• Angelo Ciribini: Università degli Studi di Brescia,
• Lavinia Tagliabue: Università degli Studi di Brescia
• Shajay Bhooshan: ETH Zurich
• Ludger Hovestadt: ETH Zurich
• Martin Bechthold: Harvard, Graduate School of Design
• Peter Wonka: KAUST, SA 

Principal Investigators (PI)

• Iva Kovacic; Michael Hensel, Peter Ferschin (TU Wien): Integrating AEC Domain Knowledge - Synthesis 2.0
• Kristina Schinegger; Stefan Rutzinger, Tobias Hell (Universität Innsbruck), Florian Rist (TU Wien): Computational Immediacy
• Michael Wimmer; Georg Suter (TU Wien): Lighting Simulation for Architectural Design
• Hannes Kaufmann; Christian Kern (TU Wien): Large-Scale Haptic Feedback in Virtual Reality
• Martin Kilian; Udo-Hertrich Jeromin, Christian Müller (TU Wien): Higher Order Paneling of Architectural Freeform Surfaces
• Ivan Izmestiev; Georg Nawratil (TU Wien): Flexible Quad-Surfaces for Transformable Design
• Josef Füssl (TU Wien): Linking Mechanics to Form-Finding of Plant-Based Bio-Composite Structures
• Milena Stavric (TU Graz): Material- and Structurally Informed Freeform Structures

Lipidhydrolasen sind Schlüsselenzyme für Zellwachstum und Proliferation, zelluläre Signalweiterleitung und Energiestoffwechsel. Dementsprechend sind Lipidhydrolasen essentielle Enzyme für alle Lebewesen. Funktionsstörungen dieser Enzyme können Ursachen vieler häufiger Erkrankungen sein. Daher ist ein eingehendes Verständnis der Struktur, Funktion und physiologischen Relevanz von Lipidhydrolasen für die Aufklärung von Pathogenitätsmechanismen und die Entwicklung neuer, innovativer Behandlungsstrategien von größter Bedeutung. Die Beteiligung von Lipidhydrolasen im Stoffwechselgeschehen ist facettenreich, komplex und zu einem wesentlichen Teil unverstanden. Die Identität und Funktion der Mehrzahl dieser Enzyme sind unbekannt. Der SFB Lipidhydrolyse vereint die besten einschlägigen Forschungsgruppen in Österreich, um jene wissenschaftliche Schlagkraft zu entwickeln, die notwendig ist, um die Biochemie, Zellbiologie und Physiologie hydrolytischer Abbauprozesse von Lipiden umfassend aufzuklären.

Sieben etablierte Forschungslaboratorien schließen sich zum SFB Konsortium Lipidhydrolyse zusammen, um folgende Projektziele erfolgreich erreichen: (1) Entdeckung und biochemische Charakterisierung unbekannter Lipidhydrolasen, (2) Aufklärung der Funktion bekannter und neuer Lipidhydrolasen, (3) Beschreibung der komplexen Reaktionsprozesse der hydrolytischen Spaltung von Lipiden mittels mathematischer Modellierung und (4) Erforschung der Rolle von Lipidhydrolasen bei der Entstehung von Krankheiten. Die resultierenden Ergebnisse werden zeigen, wie einzelne Lipidhydrolasen die Entstehung metabolischer Erkrankungen wie z.B. Fettleibigkeit, Diabetes, nichtalkoholische Fettlebererkrankung oder Krebs beeinflussen. Das langfristige Ziel des SFB Lipidhydrolyse ist die Entdeckung neuer Behandlungsoptionen für diese weltweit extrem häufigen Gesundheitsprobleme.

Durchschnittlich beschäftigte NachwuchswissenschafterInnen

9 Postdocs
6 PhD students

Internationale Kooperationspartner

• Abdelkarim Abousalham, Claude Bernard University Lyon, France
• Haribabu Arthanari, Dana Faber Cancer Institute, Boston, USA
• J. Mark Brown, Cleveland Clinic Lerner Research Institute, USA
• Juergen Cox, Max-Planck-Institute Martinsried, Germany
• Erin Kershaw, University of Pittsburgh, USA
• Richard Lehner, University of Alberta, Canada
• Hanns-Ulrich MARSCHALL, University of Gothenburg, Sweden
• Daniel Nomura, University of California, Berkeley, USA
• Dmitri Svergun, European Molecular Biology Laboratory, Hamburg, Germany
• Matthias Tschöp, Helmholtz Center Munich, Germany
• Gerhard Wagner, Harvard Medical School, Boston, USA

Principal Investigators (PI)

• Ruth Birner-Gruenberger: Lipid hydrolysis in cancer and lipid-associated disorders
• Guenter Haemmerle: Role of carboxylesterase family members in lipid hydrolysis
• Dagmar Kratky: Lysosomal lipid hydrolysis
• Monika Oberer: Structure-function relationship of lipolytic regulation
• Michael Trauner: Lipid hydrolysis pathways in the progression of cholestatic and metabolic liver disease
• Rudolf Zechner/Klemens Fellner: Experimental characterization and mathematical modeling of lipolysis and its regulation
• Robert Zimmermann: Metabolism of the late endosomal/lysosomal lipid bis(monoacylglycero)phosphate

Der SFB "Quantum Information Systems Beyond Classical Capabilities (BeyondC)" ist ein Kooperationsprojekt mit dem Ziel verschiedene Architekturen für Quantencomputer im Labor weiterzuentwickeln. Weiters werden Anwendungen identifiziert, die es ermöglichen für realisierbare Quantencomputer die Überlegenheit gegenüber klassischen Systemen zu demonstrieren. Das Projekt bringt Quantenwissenschaftler aus experimentellen und theoretischen Forschungsgruppen zusammen, die an der Universität Wien (UNIVIE), der Universität Innsbruck (UBIK), dem Institute of Science and Technology Austria (ISTA) und der Johannes-Kepler-Universität Linz (JKU) angesiedelt sind.

Mit Zunahme der Leistungsfähigkeit von Quantentechnologie wird nach neuen Anwendungen für derzeit realisierbare Quantencomputer gesucht, die Ergebnisse von Aufgaben liefern, die mit klassischer Technologie nicht erzielbar sind. Bis dato wurde erst für wenige, sehr spezielle Anwendungen im Experiment gezeigt, dass dieser Quantenvorteil technologisch machbar ist.

BeyondC hat sich genau dieses Ziel gesetzt: schnelle Quantenalgorithmen für derzeit im Labor existierende, oder in naher Zukunft realsiebare Quantensysteme zu entwickeln, die praktischen Nutzen bieten und komplexe Aufgaben lösen, die für konventionelle Technologie nicht durchführbar sind. WissenschafterInnen aus unterschiedlichen Bereichen erdenken und erforschen neue und innovative Methoden, die auf verschiedene Quantensysteme zugeschnitten sind, um Dutzende von einzelnen Quantenbits, sogenannte Qubits, zu manipulieren. Zusätzlich werden neue Methoden und Werkzeuge entwickelt und genutzt, um Quantensysteme zu charakterisieren und validieren.

Zu den experimentellen Plattformen, die in der ersten Förderperiode genutzt wurden (Photonen, Ionen in Ionenfallen, supraleitende Schaltkreise), wird die Expertise des Konsortiums um die Quantennetzwerktechnologie zur Kopplung stationärer Quantensysteme (Ionen) mit fliegenden Qubits (Photonen) erweitert, das die Untersuchung von Quantennetzwerken ermöglicht. Durch die Nutzung neuer Methoden für Festkörper- und photonische Systeme, die über experimentelle Quantenschnittstellen mit gefangenen Ionen und supraleitenden Systemen verbunden sind, werden Architekturen für neuartige Quantennetzwerke realisiert. Zusätzlich werden BeyondCs Quantensysteme als Basis für die Entwicklung und Implementierung leistungsstarker Quantenalgorithmen dienen, die bereits einen „Quantenvorteil“ für Anwendungen mit weniger als 100 Qubits demonstrieren sollen.

Durchschnittlich beschäftigte Nachwuchswissenschafter:innen

12 PhD Studenten
8 PostDocs

Internationale Kooperationspartner

Ignacio Cirac, Max-Planck-Institut für Quantenoptik

Principal Investigators (PI)

• Hans-Jürgen Briegel: Models of quantum learning and computing
• Caslav Brukner: Causality in quantum information
• Ignacio Cirac: Quantum information protocols with limited resources
• Borivoje Dakic: Diagnostics of quantum devices
• Johannes Fink: Integrating superconducting quantum circuits
• Gerhard Kirchmair: Quantum information processing and quantum simulation with superconducting quantum circuits
• Richard Küng: Entanglement as Tool in Quantum Information Processing
• Wolfgang Lechner: Quantum optimization
• Thomas Monz: Quantum information processing with trapped ions
• Tracy Northup: Networks of trapped-ion quantum processors
• Norbert Schuch: Quantum many-body systems and tensor networks for quantum computation
• Christian Roos: Quantum simulations with trapped ions
• Philip Walther: Photonic quantum computing
• Gregor Weihs: Integrated quantum photonics

Histondeazetylasen (HDACs) sind wichtige epigenetische Faktoren, die die Entwicklung und Differenzierung von Zellen regulieren. HDACs kontrollieren den Azetylierungsstatus von Histonen und vielen anderen zellulären Proteinen und modulieren daher die Chromatinfunktion sowie die Aktivität von Nicht-Histon-Proteinen. Pan-HDAC-Inhibitoren (HDAC-I) werden zur Behandlung von manchen Krebsarten eingesetzt. Präklinische Daten im Tiermodell zeigen auf, dass die Modulation der HDAC Aktivität auch für die Therapie von immunologischen Erkrankungen von Nutzen sein könnte. Die Nebenwirkungen von pan-HDAC-I überwiegen aber im Moment noch den möglichen Nutzen für die Therapie von immunvermittelten Erkrankungen. Wir stellen die Hypothese auf, dass Subklassen- oder Isoform-spezifische HDAC-I Nebenwirkungen reduzieren und das klinische Anwendungs-spektrum erweitern können. Das wissenschaftliche Ziel dieses 8-jährigen SFB-Programms ist die Bereitstellung einer immunologischen und molekularen Begründung für die Verwendung von Isoform-spezifischen HDAC-I für die Behandlung von T-Helfer (Th)-Zell-vermittelten entzündlichen Erkrankungen. Daher wollen wir die zellulären und molekularen Konsequenzen einer HDAC-Inhibierung unter physiologischen Bedingungen, bei pathogenen Pilzinfektionen, Hautentzündungen, allergischen Atemwegsentzündungen, und bei Autoimmunerkrankungen in Maus und Mensch untersuchen. Wir wollen die Azetyl-Proteom-Profile in Th-Zellen charakterisieren und untersuchen, wie diese mit der Th-Zellfunktion in Gesundheit sowie Erkrankung zusammenhängen. Wir werden auch umfassende HDAC-Protein-Interaktionskarten erstellen und genetische Netzwerke in Th-Zellen identifizieren. Darüber hinaus wollen wir durch eine Integration von globalen Transkriptomikdaten mit Proteomdaten aufzeigen, wie unterschiedliche HDAC-Komplexe und ihre posttranslationalen Modifikationen die Komplexbildung, Funktion und Aktivität von HDACs steuern. Weiters werden wir den Einfluss von individuellen HDACs und HDAC-I auf die Stabilität und Plastizität von Th-Zellen bestimmen. Um unsere ehrgeizigen Ziele zu verwirklichen, konzentriert sich unser interdisziplinäres Konsortium auf Th-Zellen und auf Klasse I HDACs. Wir werden hochmoderne Proteomik- und „Next Generation Sequencing“-Technologien sowie tierische als auch menschliche Systeme nutzen, um ein integratives Modell über die Klasse-I-HDAC-Funktion in Th-Zellen unter physiologischen sowie entzündlichen Bedingungen zu erstellen. Die SFB Ergebnisse werden unser Verständnis, wie HDACs die Th-Zellen jenseits der klassischen epigenetischen Kontrolle der Genexpression regulieren, grundsätzlich verändern. Darüber hinaus werden unsere Ergebnisse auch eine Grundlage für die Entwicklung und Anwendung neuer Isoform-spezifischer HDAC-I für die Behandlung von Th-Zell-vermittelten Immunkrankheiten liefern. Daher ist schlussendlich eine große Stärke und Mehrwert unseres Konsortiums auch das stark ausgeprägte translationale Potential, das weit über die Förderperiode hinausreichen wird.

Durchschnittlich beschäftigte Nachwuchswissenschafter:innen

Stand 02/2019:
geplant aus FWF Förderung: 5 Postdocs, 5 PhD StudentInnen, 1 Reseach Technician, BioinformatIker/in (Postdoc)
geplant aus Universitätsbeiträgen: Bioinformatiker/in (Statt scientist, Master level), 1 Research Technician

Internationale Kooperationspartner (ausgewählte Partner)

• Susanna Chiocca, IFOM-IEO Campus, Milan, ITALY
• Gerard Eberl, Institute Pasteur. Paris, FRANCE
• Sarah Gaffen, University of Pittsburgh, US
• Arian Laurence, Translational Gastroenterology Unit, John Radcliffe Hospital, Headington, Oxford, UK
• Salomè LeibundGut-Landmann, University of Zurich, SWITZERLAND
• Julian Naglik, King’s College London, Clinical and Diagnostic Science Group, UK
• John O'Shea, National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases at the National Institute of Health, Bethesda, US
• Fiona Powrie, University of Oxford, Oxford, UK
• Michael D. Rosenblum, UCSF Dept of Dermatology, US
• Steffen Rupp, Fraunhofer- IGB, Abteilung für Molekulare Biotechnologie, Stuttgart, GERMANY
• Tim Sparwasser, Twincore, Medizinische Hochschule Hannover, GERMANY
• Gitta Stockinger, The Francis Crick Institute, London, UK
• Ari Waisman, University of Mainz, GERMANY

Principal Investigators (PI)

• Christoph Bock: Systems-level analysis of HDAC-dependent Th cell plasticity
• Michael Bonelli: HDACs: a new treatment target for autoimmune diseases
• Nicole Boucheron: HDACs and Th cell modulation in allergic airway inflammation
• Wilfried Ellmeier: HDAC function in T-cells beyond histone modifications
• Iris Gratz: HDAC function in peripheral regulatory T-cell biology
• Markus Hartl: HDAC-dependent interactomes and acetylomes in T-cells
• Karl Kuchler: HDACs and T-cell-mediated antifungal immunity
• Christian Seiser: Regulation of HDAC complex function in T-cells

Die Entwicklung von Technologien, die es erlauben, in das Innere des menschlichen Körpers zu „sehen“, führte zu einer signifikanten Verbesserung der medizinischen Betreuung der menschlichen Bevölkerung. 1979 erhielten Allan MacLeod Cormack und Godfrey Houndsfield den Nobel-Preis für „Physiologie und Medizin“ für die Entwicklung des ersten Computertomographen, mit dem es möglich ist, die drei-dimensionale Struktur des Körperinneren eines Patienten abzubilden. Diese Art der Tomographie hat die Medizin revolutioniert. Auch im mikroskopisch-kleinen Bereich gab es vor kurzem eine Revolution: Der Nobel-Preis für Chemie 2014 erging an Eric Betzig, Stefan Hell und William E. Moerner für die Entwicklung der hochauflösenden Mikroskopie, die eine Detailauflösung erlaubt, die bis dahin in der optischen Mikroskopie als unmöglich gegolten hatte. Mathematiker entwickelten parallel dazu die Grundlagen für die computergestützte Analyse bildgebender Verfahren. Genau vor 100 Jahren publizierte der österreichische Mathematiker Johann Radon seine berühmten Rückprojektionsformeln für die Radon-Transformation – wie sie heute genannt werden. Im 20. Jahrhundert erarbeitete der russische Mathematiker Andrei Nikolajewitsch Tichonow die mathematischen Grundlagen der Regularisierungstheorie. Auf diesen bahnbrechenden wissenschaftlichen Ideen fußen fast alle derzeitigen tomographischen Methoden. Gegenwärtig entwickeln sich bildgebende Verfahren mit atemberaubender Geschwindigkeit weiter. Neben der Medizin hat die Tomographie in weitere Gebiete Einzug genommen, auf allen Größenskalen, von der Biologie bis zur Astrophysik. Heute können biologische Strukturen im Nanobereich in welchem einzelne Moleküle sichtbar werden, mikroskopisch aufgenommen werden. Von immenser Bedeutung ist hierbei, dass die Aufnahmezeiten für solche Bilder so stark reduziert werden konnten, dass es möglich ist dynamische Prozesse praktisch in Echtzeit zu visualisieren. Diese Entwicklungen verlangen neue mathematische Konzepte, die es erlauben, unter Zuhilfenahme moderner Computertechnologien die wesentlichen Informationen der Aufnahmen zu extrahieren. Dieser SFB vereint drei experimentelle und drei mathematische Gruppen, um sich den neuen Herausforderungen der dynamischen Bildgebung zu stellen. Die experimentellen Gruppen bringen bildgebende Verfahren und wissenschaftliche Expertise in den Bereichen Angewandte Optik, Biophysik, Biologie und Medizin ein, während die mathematischen Gruppen in mathematischer Modellierung, Regularisierung und numerischer Optimierung ausgewiesen sind. Die Mission dieses Konsortiums ist die Analyse natürlicher dynamischer Prozesse auf allen Skalen.

Durchschnittlich beschäftigte Nachwuchswissenschafter:innen
13

• 6x PhD
• 5x Postdoc
• 1x Senior PostDoc
• 1x Scientific Project Coordinator

Internationale Kooperationspartner

• Stephen Barnett (University of Glasgow, GB)
• Paul Beard, (University College London, GB)
• Elena Beretta (Politecnico di Milano, Italy)
• Liliana Borcea (University of Michigan, US)
• Jörg Enderlein (University of Göttingen, Germany)
• Adel Faridani (Oregon State University, US)
• Ralf Jungman (Max Planck Institute of Biochemistry, Germany)
• Daniel Gerth (TU Chemnitz, Germany)
• Rainer Heintzmann (University of Jena, Germany)
• Maarten de Hoop (Rice University, US)
• Esther Klann (TU Berlin, Germany)
• Vasilis Ntziachristos, (Helmholtz Zentrum München, Germany)
• Lothar Reichel (Kent State University, US)
• John Schotland (University of Michigan, US)
• Todd Quinto (Tufts University, US)
• Kirk Soodhalter (Trinity College Dublin, Ireland)

Principal Investigators (PI)

• Wolfgang Drexler: Multi-Modal Imaging
• Peter Elbau: Quantitative Coupled Physics Imaging
• Ronny Ramlau: Tomography in Astronomy
• Monika Ritsch-Marte: Imaging of Trapped Particles
• Otmar Scherzer: Tomography with Uncertainties
• Gerhard Schütz: Ultra-high Resolution Microscopy

Eine große Vielfalt von Phänomenen in Naturwissenschaften und Technologie kann mit Hilfe von partiellen Differentialgleichungssystemen (PDGl-Systemen) beschrieben werden. Oftmals zeigen diese Systeme ein hohes Niveau an inhärenter mathematischer Komplexität: Das Wechselspiel von unterschiedlichen physikalischen Effekten, das Auftreten von mehreren ausgezeichneten Zeit- und Längenskalen, der Wettbewerb von mehrfachen Komponenten und die Präsenz von unterschiedlichen geometrischen Rahmen machen die Behandlung von solchen Systemen oft sehr anspruchsvoll. Dieser SFB beabsichtigt die Komplexitätsbewältigung mittels einer integralen Entwicklung für die analytische, numerische und rechnerische Problemlösung. Beispiele für solche komplexe PDGl-Systeme in unserem Fokus sind Quanten- und elektronische Systeme, Thermomechanik und Elektromagnetismus von Festkörpern und Strukturen, biologische Systeme sowie Transportnetzwerke.

Die zentrale methodologische Idee ist mathematische Strukturen aufzudecken, auszunützen und zu erhalten. Der Ausdruck 'Struktur' wird hier verwendet, um auf einige relevante Hintergrundrahmen von PDGl-Systemen, wie z.B. Erhaltung oder Dissipation von physikalischen Größen, spezifische Evolutionsmoden, zeitlich asymptotisches Verhalten, qualitative Eigenschaften von Trajektorien, Entstehung von Skaleneffekten hinzuweisen.

Der Grundsatz von diesem SFB ist, dass das Verständnis von solchen Strukturen eine zentrale Rolle für die erfolgreiche Behandlung von PDGl-Systemen spielt. Diese sind wesentlich für die nutzbringende Verbindung von genauer Modellierung mit Analysis, effizienten Approximationen und zuverlässigen Simulationen. Wir entwickeln diese globale Integrationsstrategie in elf Projektteilen. Das zentrale Organisationskonzept ist dabei die Gründung eines neuen, vollständig verknüpften Forschungsnetzwerkes.

Durchschnittlich beschäftigte Nachwuchswissenschafter:innen

23

Höhe der FWF-Förderung

4.087.230 €

Internationale Kooperationspartner

• Humboldt Universität zu Berlin
• Weierstraß Institute, Berlin
• Ecole Polytechnique Federale Lausanne
• Imperial College London
• Universite' Paris 6
• Universite'  Paris 7
• Universite' Paris 9 
• Institute of Applied Mathematics and Information Technologies CNR, Pavia
• University of Pavia
• University of Zurich

Principal Investigators (PI)

• Anton Arnold
• Ansgar Jüngel
• Jan Maas
• Peter Markowich
• Norbert Mauser
• Jens Markus Melenk
• Ilaria Perugia
• Dirk Praetorius
• Christian Schmeiser
• Joachim Schöberl
• Ulisse Stefanelli

In vielen wichtigen Märkten – bspw. Märkten für Gesundheit, Reparaturdienstleistungen, Finanzdienstleistungen – sind Kunden oftmals nicht in der Lage, die Qualität und den Typus des Gutes, der Dienstleistung bzw. des Finanzproduktes zu identifizieren, welche ihren Bedürfnissen am besten gerecht werden. Ärzte, Mechaniker und Finanzexperten hingegen, sind besser über die Qualität der Dienstleistung oder des Produktes informiert. Solche Informationsasymmetrien zwischen den Handelspartnern sind typisch für Vertrauensgüter. Ein Problem dabei ist, dass diese Informationsasymmetrie zu Betrug, Ineffizienzen und Marktverzerrungen führen kann, wie beispielsweise die letzte Finanzkrise gezeigt hat. Daher ist die wissenschaftliche Untersuchung von Vertrauensgütermärkten von großer Wichtigkeit für Konsumenten, Politiker, Regulatoren und die Gesellschaft als Ganzes.

In unserem Forschungsprojekt „Vertrauensgüter, Anreize und Verhalten – Theorie, Labor und Feld“ analysieren wir die wichtigsten Bestimmungsfaktoren von individuellem Verhalten und Markteffizienz in Vertrauensgütermärkten. Wir untersuchen (1) wie unterschiedliche monetäre und nicht-monetäre Anreizsysteme Betrug, Risikoverhalten und Markteffizienz beeinflussen; (2) die Auswirkungen unterschiedlicher Versicherungen auf das Verhalten und die Markteffizienz; (3) wie persönliche, moralische und kognitive Eigenschaften, Normen und Peer-Effekte das Verhalten und die Marktergebnisse beeinflussen; und (4) die Auswirkungen von Reputation von im Wettbewerb stehenden Anbietern von Vertrauensgütern.

Aus methodischer Sicht kombinieren wir theoretische Modellierung mit Feld-, Laborexperimenten und Labor- mit Feldexperimenten. Dieses Projekt bringt sechs etablierte Projektleiter (PPL) aus den Bereichen Finanzwirtschaft und Volkswirtschaft zusammen, die über Expertisen in experimenteller Wirtschaftsforschung (im Labor und im Feld), Theoriebildung, angewandter Mikroökonomik und Finanzwirtschaft verfügen. Jedes Teilprojekt beinhaltet Vernetzungen mit mehreren anderen Projektleitern und führt somit zu großem Synergiepotenzial und Kohärenz. Das Projekt wird von den PPLs Loukas Balafoutas (Innsbruck), Jürgen Huber (Innsbruck), Rudolf Kerschbamer (Innsbruck), Michael Kirchler (Innsbruck), Matthias Sutter (Cologne and Innsbruck), und Markus Walzl (Innsbruck) geleitet.

Mit diesem Projekt beschreiten wir mehrere neue Wege. Erstens liefert das Projekt fundamentale Einsichten in das Funktionieren von alltäglichen Vertrauensgütermärkten und zeigt auf wie individuelles Verhalten, Anreizstrukturen und der institutionelle Rahmen auf diesen Märkten zusammenspielen. Zweitens, wird das Projekt wichtige politik- und regulierungsrelevante Einsichten liefern, wie man Vertrauensgütermärkte besser designen kann. Dabei werden unsere Teammitglieder regelmäßig mit Politikern, Regulierungsbehörden und der medialen Öffentlichkeit kommunizieren, was dazu führt, dass die Projekterkenntnisse in den gesellschaftlichen Diskurs einfließen. Drittens, eröffnet der Fokus auf die Interaktion zwischen Anreizsystemen und Vertrauensgütern eine gänzlich neue Perspektive auf Märkte für Finanzberatung und Fondsmanagement, auf denen die Anreizsysteme und die asymmetrischen Interessen zwischen Kunden und Banken seit der Finanzkrise unter starker Kritik stehen.

Durchschnittlich beschäftigte Nachwuchswissenschafter:innen

6 PhDs, 6 PostDocs

Höhe der FWF-Förderung

3,5 Mio. €

Internationale Kooperationspartner

• Prof. Dr. Uwe Dulleck, School of Economics and Finance, Queensland University of Technology
• Prof. Dr. Eberhard Feess, Frankfurt School of Management and Finance
• Prof. Dr. Ernst Fehr, University of Zurich
• Prof. Dr. Magnus Johannesson, Stockholm School of Economics
• Assoc. Prof. Dr. Nikos Nikiforakis, New York University Abu Dhabi
• Prof. Dr. Bettina Rockenbach, University of Cologne
• Prof. Dr. Shyam Sunder, Yale University
• Prof. Dr. Marie Claire Villeval, CNRS-Gate University of Lyon
• Prof. Dr. Utz Weitzel, University of Utrecht

Principal Investigators (PI)

• Univ.-Prof. Dr. Michael Kirchler
• Univ.-Prof. Dr. Rudolf Kerschbamer
• Univ.-Prof. Dr. Loukas Balafoutas
• Univ.-Prof. Dr. Matthias Sutter
• Univ.-Prof. DDr. Jürgen Huber
• Univ.-Prof. Dr. Markus Walzl

Chromatin – ein übergeordneter Komplex aus eng verpackter DNA, Proteinen und RNA und dessen 3D-Struktur, auch ‘Landschaft’ genannt – hat einen entscheidenden Einfluss auf die Zugänglichkeit von Genen für regulierende Proteine. ‘Chromatin Umgestaltung’ findet an noch wenig definierten strukturellen Organisationseinheiten statt und wird durch biochemische Modifizierungen und Proteine, die diese lesen, einbauen und wieder löschen können, reguliert. JAKs (Janus Kinasen) und STATs (“signal transducers and activators of transcription”) sind wichtige Moleküle zur biochemischen Signalübertragung, die eine schnelle Kommunikation zwischen Zellen ermöglichen. JAKs and STATs übertragen Signale von der Zelloberfläche zum Zellkern und programmieren die Funktion der Zelle durch Veränderung der Genexpression. Es ist bekannt, dass es Synergien zwischen Komponenten des JAK-STAT Signalweges und Proteinen gibt, die die Chromatinstruktur umgestalten. Chromatin umstrukturierende Proteine und JAKs oder STATs sind in vielen Krebsarten dereguliert, z.B. durch genetische Veränderung, Überaktivierung oder Verlust. Dadurch entsteht ein einzigartiges und komplexes “Krankheits-Genom/Chromatin”. Unsere Mission ist es herauszufinden, wie diese mutierten oder differenziell aktivierten Proteine miteinander interagieren und dadurch Krebs verursachen. Die Chromatin-Landschaft ändert sich auch bei der Differenzierung von Immunzellen in Zellen mit spezialisierter Funktion, z.B. bei der Erkennung und Eliminierung von Krankheitserregern. Zudem können diese Veränderungen auch immunologisches Gedächtnis bilden. Alle diese Prozesse werden auch durch JAK-STAT Signalübertragung beeinflusst, wobei noch unklar ist, wie die verschiedenen Signale vernetzt sind. Insbesondere ist die Hierarchie der regulierenden Proteine unklar und es ist offen, wer der ‘Monarch’ bei der Umstrukturierung des Chromatins beziehungsweise der Genregulation ist.

Wir werden die Landschaft des Chromatins, wie sie durch JAKs und STATs verändert wird, im gesunden und im erkrankten Zustand analysieren. Das Verständnis der Dynamik und der Rekonfiguration des Chromatins wird es uns ermöglichen, infektiöse Krankheiten und Blutkrebs beim Menschen mit Krankheitsmodellen in genetisch veränderten Mäusen zu vergleichen und an diesen neue therapeutische Konzepte zu testen. Alle Arbeiten erfüllen die ethischen Richtlinien und 3R Prinzipien bezüglich der Analyse von Proben aus Patienten und Experimenten an Tieren. Unsere interdisziplinäre Netzwerkexpertise basiert auf “next generation” Gesamtgenom- und Proteom-Technologien und einer starken bioinformatischen Kernkompetenz. Sieben international führende Gruppen mit Expertise in Epigenetik, Immunologie, Infektionsmedizin, Transgenetik, Onkologie, molekularer Pharmakologie und translationaler Medizin vereinigen ihre Kräfte mit der Vision, die Ära der personalisierten Präzisionsmedizin weiterzuentwickeln. Gruppen der Universität Wien Thomas Decker), der Medizinischen Universität Wien (Sylvia Knapp), des Forschungszentrums für Molekulare Medizin (CeMM) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (Christoph Bock) unter der Führung der Veterinärmedizinischen Universität Wien (Richard Moriggl, Mathias Müller, Veronika Sexl, Birgit Strobl) vernetzen sich. Dies ermöglicht eine optimale Nutzung der Infrastrukturen und schafft Synergien, die auch durch die Erfahrung und ausgezeichneten Kompetenzen der mitwirkenden ForscherInnen gewährleistet sind.

Durchschnittlich beschäftigte Nachwuchswissenschafter:innen

10 PhD, 3 PostDocs funded by FWF, 2 PhD and 1 PostDoc funded by universities

Höhe der FWF-Förderung

4.145.106 €

Internationale Kooperationspartner

• Amit, Ido, PhD, Weizmann Institute of Science, Isreael
• Bunting, Kevin, Prof. Dr., Aflac Cancer and Blood Disorders Cente, Emory University, Atlanta, U.S.A.
• Colonna, Marco, Prof. MD, Dept. of Pathology and Immunology, Washington University School of Medicine USA
• Esteller, Manel, Prof., Group, Cancer Epigenetics and Biology Program (PEBC), Bellvitge Biomedical Research Institute (IDIBELL), Spain
• Gunning, Patrick, Prof. Dr., Department of Chemical and Physical Sciences, University of Toronto, Mississauga, Canada
• Han, Xiaonan, Prof. Dr., Children´s Research Center, Cincinnati, U.S.A.
• Hennighausen, Lothar, Prof. Dr., NIDDK, National Institute of Health, Washington D.C., Bethesda, U.S.A.
• Horvath, Curt, Prof. PhD, North Western University Chicago U.S.A.
• Ivashkiv, Lionel, PhD, Weill Cornell Medical College and HSS Genomics Research Center New York U.S.A.
• Jonjic, Stipan, Prof. PhD MD, Dept. Histology and Embryology & Center for Proteomics, Faculty of Medicine, University of Rijeka HR
• Levy, David E., Prof., New York University School of Medicine, New York University, U.S.A.
• Malumbers, Marcos, PhD, CNIO Spanish National Cancer Research Center, Madrid Spain
• Mandelboim, Ofer, Prof. PhD MD, Lautenberg Center for General and Tumor Immunology, Hebrew University Hadassah Medical School, Jerusalem, Israel
• McKenzie, Andrew, Prof. PhD, Laboratory of Molecular Biology, MRC Cambridge UK
• Merad, Miriam, Prof. MD PhD, Icahn School of Medicine, Mount Sinai Hospital, New York U.S.A.
• Poli, Valeria, Prof. PhD, Department of Molecular Biotechnology and Health Sciences, Molecular Biotechnology Center, University of Torino, Italy
• Stark, George R., PhD, Dept. of Cancer Biology, Cleveland Clinic, U.S.A.
• Stunnenberg, Henk, Prof., Department of Molecular Biology, Radboud Institute for Molecular Life Sciences (RIMLS), NL

Principal Investigators (PI)

• Christoph Bock
• Thomas Decker
• Sylvia Knapp
• Richard Moriggl
• Mathias Müller
• Birgit Strobl (associate member)
• Veronika Sexl

Thema des SFB ist das Gesamtspektrum an Variation und Varietäten des Deutschen in Österreich (im Folgenden „DiÖ“), das aus den Perspektiven der Variationslinguistik, der Sprachkontakt- und Mehrsprachigkeitsforschung sowie der soziolinguistisch basierten Perzeptions- und Spracheinstellungsforschung umfangreichen Analysen unterzogen wird.

Der SFB wird in zwei zentrale Outputs münden: Zu diesen gehören zum Ersten umfangreiche und detaillierte Analysen zu DiÖ mit seinen vielfältigen Varietäten- und Sprachkontakten, die – den Forschungsschwerpunkten der Forschergruppe entsprechend – aus verschiedensten linguistischen Teildisziplinen heraus entstehen, nämlich Variationslinguistik, Soziolinguistik, Dialektologie, Sprachgeschichts-, Sprachkontakt-, Mehrsprachigkeits-, Deutsch-als-Zweitsprache- und Spracheinstellungsforschung, Perzeptionslinguistik, Korpuslinguistik, Computerlinguistik und Sprachtechnologie.

Zum Zweiten werden die im SFB erhobenen und aufbereiteten Daten über eine online verfügbare Forschungsplattform bzw. digitale Forschungsinfrastruktur zu DiÖ verfügbar gemacht, die – mittelfristig – auch mit anderen bereits existierenden bzw. im Entstehen befindlichen Forschungsplattformen verknüpft werden kann. Über diese Forschungsplattform werden die SFB-Daten erstens (sensibel und nach ethischen Standards behandelt) aufbereitet, klassifiziert und über verschiedenste Abfrage- und Suchmöglichkeiten für Linguistinnen und Linguisten, Sprachlern- und -lehrpersonen sowie für die interessierte Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Zu diesen Daten gehören etwa erhobene Materialien (in Form von Fragebögen, Tonaufnahmen, Transkripten, Sprachkarten und anderen Aufbereitungsarten) sowie die verschiedenen Annotations- und Klassifizierungsstufen derDaten. Die Plattform wird am Zentrum für Translationswissenschaft der Universität Wien im Kontext des ‘Austrian Centre for Digital Humanities’ (ACDH) gehostet und auch über den SFB hinaus nachhaltig zur Verfügung stehen. Bei dem SFB handelt es sich um ein geisteswissenschaftliches Gemeinschaftsprojekt, bei dem erstmals gleich vier Institutionen österreichweit (drei Universitäten sowie die ÖAW) gemeinsam an der Erforschung und Dokumentation von DiÖ beteiligt sind.

Der SFB ist in mehrfacher Hinsicht interdisziplinär angelegt: Er überschreitet erstens Philologiengrenzen, indem neben Germanistinnen und Germanisten auch Slawistinnen und Slawisten Teil der Forschergruppe sind. Er ist zweitens disziplinenübergreifend, indem die oben genannten Disziplinen aufs Engste zusammenarbeiten und ihre theoretischen und empirischen Inputs liefern. Darüber hinaus setzt sich der SFB zum Ziel, zu einer theoretischen und method(olog)ischen Annäherung der verschiedenen Disziplinen beizutragen.

Durchschnittlich beschäftigte Nachwuchswissenschafter:innen

3 Postdocs, 17 PhD Students, 12 studentische MitarbeiterInnen

Höhe der FWF-Förderung

3.040.629 €

Internationale Kooperationspartner

• Andrea Abel, European Academy Bolzano (EURAC)
• Hans Bennis, Meertens Institute, Amsterdam
• Tilman Berger, University of Tübingen
• Ákos Bitter, University of Regensburg
• Helen Christen, University of Fribourg
• Arnulf Deppermann, Institut für deutsche Sprache (IDS), Mannheim
• Ludwig M. Eichinger, Institut für deutsche Sprache (IDS), Mannheim
• Michael Elmentaler, University of Kiel
• Jürg Fleischer, University of Marburg
• Rita Franceschini, Free University of Bozen-Bolzano
• Alexander Geyken, Berlin-Brandenburgische Akademie der Wissenschaften (BBAW), Berlin
• Jonathan Harrington, University of Munich
• Ulrich Heid, University of Hildesheim & University of Stuttgart
• Joachim Herrgen, University of Marburg
• Erhard Hinrichs, University of Tübingen
• Markus Hundt, University of Kiel
• Andrzej Kątny, University of Gdańsk
• Elisabeth Knipf-Komlósi, ELTE University of Budapest
• Pavel Kosek, Masaryk University, Brno
• Werner König, University of Augsburg
• Ľubor Králik, Slovak Academy of Sciences, Bratislava
• Steven Krauwer, CLARIN ERIC, Utrecht University
• Eva Lehečková, Charles University, Prague
• Robert Möller, Université de Liège
• Christoph Purschke, Research Centre Deutscher Sprachatlas, University of Marburg
• Anthony Rowley, Bavarian Academy of Sciences, Munich
• Hermann Scheuringer, University of Regensburg
• Jürgen Erich Schmidt, University of Marburg
• Thomas Schmidt, Institut für deutsche Sprache (IDS), Mannheim
• Luka Szucsich, Humboldt University of Berlin
• Jana Villnow-Komárková, Academy of Sciences of the Czech Republic, Brno

Principal Investigators (PI)

• Gerhard Budin
• Stephan Elspaß (Co-Sprecher)
• Alexandra N. Lenz (Sprecherin)
• Stefan Michael Newerkla
• Arne Ziegler