Synthetische Biologie und Biomolekulare Systeme

Unterschiedliche Ansätze prägen die Forschung zu Biomolekülen an der MSB.
Forscherinnen und Forscher untersuchen die Strukturen und Eigenschaften von Biomolekülen wie sie in lebenden Organismen vorkommen, verwenden DNA als Baumaterial für nanometergroße Strukturen und Maschinen, entwickeln modifizierte Molekularstrukturen, die ihnen erlauben Zellvorgänge zu verfolgen, oder erkunden die fundamentalen Mechanismen des Lebens. 

Auf dieser Seite finden Sie ausgewählte Forschungsprojekte von MSB-PIs aus folgenden Bereichen: Synthetische Biologie, Biomolekulares Engineering | Molekularbiologie, Proteomik


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Synthetische Biologie, Biomolekulares Engineering

Molekulare Maschinen

Prof. Hendrk Dietz 
Labor für Biomolekulare Nanotechnologie
Veröffentlichungen des Labors


Von den vielfältigen Fähigkeiten natürlicher makromolekularer Strukturen – wie zum Beispiel Enzyme, molekulare Motoren oder Viren – inspiriert suchen wir nach Wegen, immer komplexere molekulare Strukturen zu bauen. Unser Ziel dabei ist, molekulare Maschinen zu entwickeln, die vorgegebene Aufgaben erfüllen können. Einen besonders vielversprechenden Ansatz auf diesem Weg bieten Strukturen aus DNA, die sich selbst zusammenbauen können. Mit dem als DNA-Origami bekannten Verfahren lassen sich schon heute Nano-Maschinen bauen, die für Untersuchungen in biomolekularer Physik und Proteinforschung eingesetzt werden können.

Weitere Informationen

Eine Vision für die molekulare Robotik (YouTube-Video)
Artikel im TUM-Magazin: Faszination Forschung:
Jumping from Postdoc to Professor


MSB-News
25.10.2019 |  Developing a nanoswitch for antibodies - Research team mentored by MSB-PI Hendrik Dietz receives m4 Award
13.07.2020 | Nano-Hüllen sollen Viren einschließen und neutralisieren
Europäisches Forschungskonsortium VIROFIGHT will neuartige Therapie gegen Viren vorantreiben. 

Pressemitteilungen der TUM
06.12.2017 | DNA-Origami überwindet wichtige Grenzen – Aufbau von Strukturen in Virengröße und Kostensenkung durch Massenproduktion
24.03.2017 | Designer-Proteine falten DNA – Biophysiker konstruieren komplexe Hybridstrukturen aus DNA und Proteinen
24.02.2017 | Auf der molekularen Streckbank – Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler messen molekulare Kräfte zwischen Nukleosomen
06.09.2016 | Forscher messen erstmals direkt die Stapelkraft in DNA-Doppelhelix – Kräftemessen im Erbgutmolekül
26.03.2015 | Ein Werkzeugkasten für den Bau beweglicher DNA-Nanomaschinen – Winkender Nanoroboter signalisiert neue Flexibilität im "DNA-Origami"
10.12.2014 | Vierter Leibniz-Preisträger in der TUM-Physik – Biophysiker Hendrik Dietz (36) erhält deutsche Spitzenauszeichnung
14.12.2012 | Bewährungsprobe für DNA-Nanotechnologie – Präzise und robuste Nanofabrikation mit Erbgutmolekülen
21.11.2012 | Forscher konstruieren synthetische Membrankanäle aus DNA – Eine synthetische Nanopore imitiert den Transport von Substanzen durch Zellmembranen



Creation of Synthetic Biological Systems

PI Friedrich Simmel
Physics of Synthetic Biological Systems lab 
List of publications from the laboratory 

The remarkable properties of biological systems are the result of complex interactions between multiple components, and thus emerge at the systems level. Biological systems are thus able to respond to their environment, compute, move, reconfigure and evolve. We aim at the construction of synthetic molecular and cellular systems, which generate and display similar behaviors. Our work involves the engineering and study of synthetic gene circuits, the creation of artificial cellular systems and the development of cell-scale robots. 

More Information:
Press release: Models of life (To read more press releases follow the links listed there)

Mammalian Cell Engineering

PI Gil Westmeyer  
Molecular Imaging Lab 
List of publications from the lab

It is of growing interest to decipher the patterns of cell-circuit signaling for understanding the (patho)physiology of living organisms. There is also a progression in biomedicine from applying small molecules and proteins to deploying genetically engineered cells as therapeutic agents in patients. Monitoring and controlling genetically defined cells in living organisms is thus of substantial importance. Our research program, therefore, focuses on bioengineering of next-generation molecular sensors and actuators for functional imaging and remote spatiotemporal control of cellular processes with whole‑organ(ism) coverage. We are, in particular, concentrated on gaining genetic control over key logistic processes in mammalian cells such as compartmentalization. In this way, we can install new metabolic pathways and generate self-assembling biomaterials with new, e.g., biomagnetic properties. These genetically controlled biophysical interfaces allow us to establish two-way communication with specific cells that we will bring to bear on future imaging-controlled tissue engineering and cell therapies. 

Molekularbiologie, Proteomik

Integrative Structural Biology

PI Michael Sattler  
Chair for Biomolecular NMR-Spectroscopy 
List of publications 

Our research elucidates molecular mechanisms of the functions of biological macromolecules using integrative structural biology. Combining solution NMR, small angle X-ray and neutron scatterning (SAXS, SANS), crystallography and fluorescence methods (FRET, in collaboration) we study dynamic conformations of proteins and RNAs that are essential for their functional activity, in cellular signaling and disease pathways. For these studies we employ protein and RNA engineering tools, for example, to incorporate isotopes and spin labels by segmental ligation. NMR fragment-screening and structure-based approaches are used to develop small molecule inhibitors of drug targets. Researchers at BNMRZ develop new methods and probes for medical MRI imaging (Steffen Glaser), novel NMR methods to study amyloid fibrils linked to neurodegeneration and Diabetes (Bernd Reif), nanodiscs to study dynamics of membrane proteins and associated complexes (Franz Hagn), and structural mechanisms of Hepatitis B Virus (Anne Schütz). 

More information:
Bavarian NMR Center (BNMRZ)

Press release: New Insights into the Maturation of miRNAs (To read more press releases follow the links listed there)
Article in TUM's science magazine: How proteins work
BNMRZ Corporate video (in German)

Proteomics and Bioanalytics

PI Bernhard Küster 
Chair of Proteomics and Bioanalytics 
List of publications

This research focuses on proteomics, chemical biology and biomarker discovery and a range of questions relating to how proteins interact with each other and with active pharmaceutical ingredients, which molecular mechanisms play a role in cancer and how these can be used for individual approaches to clinical treatment. It uses chemical and biochemical methods as well as spectroscopic and bioinformatic high throughput technologies. 

More Information:
Press release: Versatile cancer drugs (To read more press releases follow the links listed there)