10. LOEWE-Förderstaffel

Projektpartner

Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung, Frankfurt am Main (Federführung), Goethe-Universität Frankfurt, Justus-Liebig-Universität Gießen, Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME / Projektgruppen Translationale Medizin und Pharmakologie (IME-TMP), Frankfurt am Main sowie Bioressourcen (IME-BR), Gießen

Landesförderung

1. Förderperiode: 2018 - 2021 (LOEWE-Förderung: rd. 17,6 Mio. Euro)
2. Förderperiode: 2022 - 2024 (LOEWE-Förderung: rd. 15,6 Mio. Euro)

Worum geht es?

Wie lässt sich das Erbgut von Lebewesen systematisch erfassen, verstehen und für die Gesellschaft nutzbar machen?

Biodiversität, die Vielfalt der Organismen, vom Menschen bis zum Einzeller, bildet die Grundlage des Lebens und ihr Verlust stellt die Gesellschaft vor gravierende Herausforderungen. Daher sind grundlagen- und anwendungsorientierte Forschungen in diesem Bereich von zentraler Bedeutung. Die in ihrer Bedeutung stark gewachsene Biodiversitätsforschung ist bisher überwiegend organismisch und ökologisch ausgerichtet. Große technische Fortschritte erlauben es, die Biodiversitätsforschung genomisch und zugleich stärker anwendungsorientiert auszurichten.

Das als „Joint Venture“ konzipierte LOEWE-Zentrum TBG – Translationale Biodiversitäts-genomik soll die Erfassung, Nutzbarmachung und Erforschung der Genome einer breiten Organismenvielfalt mit der Entwicklung anwendungsfähiger Dienstleistungen und Produkte verbinden. So soll Biodiversität in ihrer ganzen Breite für die wissenschaftliche Forschung erschlossen und für konkrete Anwendungen nutzbar gemacht werden. Durch enge Kooperationen und Synergien mit hessischen Institutionen im Bereich der Naturstoffforschung werden zukunftsträchtige Gebiete der Bioökonomie erschlossen, speziell in den Bereichen Naturstoffe, Naturschutz und Umweltüberwachung.

Projektpartner

Universität Kassel (Federführung), Technische Universität Darmstadt, Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Darmstadt

Landesförderung

2018-2021: ca. 4,7 Millionen Euro
Laufzeitverlängerung bis 30.06.2022

Worum geht es?

Wie müssen Aluminiumbauteile hergestellt werden, um Leichtbaustrukturen der Zukunft zu ermöglichen?

Aluminium und Aluminiumlegierungen sind seit Jahrzehnten wichtige Konstruktionswerkstoffe und etwa im Flugzeugbau unverzichtbar. Aufgrund seiner geringen Dichte eignet sich Aluminium hervorragend als Leichtbauwerkstoff. Bei der Verwendung von Aluminium ist ein Bauteil um den Faktor drei leichter als ein gleichvolumiges Stahlbauteil.

Kenngrößen zur Belastbarkeit des Aluminiums sind gegenüber einem Stahlbauteil jedoch geringer, so dass Aluminiumbauteile großvolumiger ausgeführt werden müssen und somit die Dichtevorteile aufgezehrt werden. Hierdurch und durch neue Entwicklungen im Bereich Stahlwerkstoffe sind Aluminiumlegierungen in vielen Bereichen, beispielsweis ein der Automobilindustrie, trotz zahlreicher Vorteile wieder zurückgedrängt worden. Für zukünftige Leichtbaustrukturen ist aber der Einsatz von Hochleistungskomponenten aus Aluminium unabdingbar. Der Schlüssel zur Nutzung des Leichtbaupotentials von Aluminium liegt in neuen Verfahren der Formgebung und der Möglichkeit, Bauteileigenschaften bedarfsangepasst, örtlich einzustellen.

Die Zielsetzung des LOEWE-Schwerpunkts ALLEGRO beinhaltet daher die Gestaltung neuer Technologien für effiziente Prozesse der Formgebung und der Wärmebehandlung von Aluminiumknetlegierungen.

Projektpartner

Hochschule Geisenheim (Federführung), Justus-Liebig-Universität Gießen, DECHEMA-Forschungsinstitut, Frankfurt

Landesförderung

2018-2021: ca. 4,4 Millionen Euro
Laufzeitverlängerung bis 30.06.2022

Worum geht es?

Was haben Hefen und Pilze mit der Produktion von Aromastoffen aus Pflanzen zu tun?

Die Verwendung von Aromastoffen und funktioneller Inhaltsstoffe, wie Duftstoffen und Vitaminen, gewinnt an industrieller Bedeutung. Die Ausgangsmaterialien sind in der Regel pflanzlichen Ursprungs. Für die Schaffung künftiger, nachhaltiger Produktionswege, gewinnen biotechnologische Methoden mit Enzymen und Mikroorganismen immer stärker an Bedeutung. Die grundsätzlichen Möglichkeiten hierbei bestehen zum einen in der Umsetzung von Vorstufen, oft aus dem Stoffwechsel von Pflanzen, und zum anderen in deren Neubildung durch Mikroorganismen, wie Hefen, Pilzen und Bakterien.

Es liegen aber nur wenige Erkenntnisse zur Regulation und der Beeinflussung dieser Biosynthesewege im Kontext der Produktion mit diesen Mikroorganismen vor.

Ziele des Forschungsprojektes sind unter anderem, Kenntnisse über die Steuerung dieser Synthesewege von Mikroorganismen zu gewinnen. Weiterhin stellen Weinreben und die Schwarze Johannisbeere bzw. bei deren Verarbeitung entstehende Abfallprodukte die zentrale biologische Grundlage zur Generierung neuer Wertschöpfungsmöglichkeiten dar. Gesamtziel ist es einen Forschungsschwerpunkt zur Produktion von Aroma- und funktioneller Inhaltsstoffe auf Basis pflanzlicher (Rest-)Produkte zu etablieren.

Projektpartner

Goethe-Universität Frankfurt (Federführung), Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME / Projektgruppe Translationale Medizin und Pharmakologie (IME-TMP),Ernst Strüngmann Institut(Frankfurt am Main),Max-Planck-Institut für Empirische Ästhetik (Frankfurt am Main),Frankfurt Institute for Advanced Studies,Philipps-Universität Marburg

Landesförderung

2018-2021: ca. 4,7 Millionen Euro
Laufzeitverlängerung bis 31.12.2022

Worum geht es?

Lässt sich die Behandlung von Epilepsieverbessern, wenn man die jeweils individuelle Ursache nachweist und die Therapie auf diese ausrichtet?

Epilepsien umfassen verschiedene Erkrankungen mit unterschiedlichen Ursachen. Sie können durch angeborene oder erworbene Hirnschäden wie Schlaganfälle oder Hirntumoren, aber auch genetisch bedingt sein. Weltweit sind etwa 50 Millionen Menschen jeden Alters von einer Epilepsie betroffen. Aktuell ist die medikamentöse Therapie rein symptomatisch, d.h. auf die Unterdrückung des Hauptsymptoms Anfall gerichtet, ohne die Ursache der jeweiligen Epilepsie zu berücksichtigen oder diese beseitigen oder beeinflussen zu können. Etwa ein Drittel der Patienten wird so nicht anfallsfrei, und viele leiden unter Nebenwirkungen der Medikamente.

Zur Verbesserung des Therapieerfolges ist eine personalisierte und nach Möglichkeit krankheitsmodifizierende statt nur symptomatische Behandlung erforderlich. Ein Beispiel hierfür ist die epilepsiechirurgische Behandlung, bei der das geschädigte Hirnareal, welches die Anfälle verursacht, operativ entfernt wird.

Ziele des LOEWE-Schwerpunkts sind die verbesserte Identifikation epilepsierelevanter Krankheitsfaktoren wie zum Beispiel von Hirnveränderungen mit Hilfe der Bildgebung oder von genetischen Risikofaktoren, deren Validierung und therapeutische Modifikation. Auch sollen Biomarker von Epilepsie und Epileptogenese, also charakteristische biologische Merkmale der Erkrankung oder des Erkrankungsprozesses identifiziert und überprüft werden.Diese Ziele sollen mit modernsten molekularbiologischen, klinischen und experimentellen neurowissenschaftlichen Methoden erreicht werden, die den Arbeitsgruppen des LOEWE-CePTER Forschungsverbundes zur Verfügung stehen und die in 14 Teilprojekten gezielt zur Erforschung von Epilepsien eingesetzt werden.

Projektpartner

Goethe-Universität Frankfurt (Federführung), Max-Planck-Institut für Biophysik, Frankfurt am Main

Landesförderung

2018-2021: ca. 4,4 Millionen Euro
Laufzeitverlängerung bis 30.06.2022

Worum geht es?

Wie kontrolliert die Dynamik von Membranen die Funktion unserer Zellen?

Ziel des LOEWE-Schwerpunkts DynaMem ist die Beschreibung, Modellierung und Beeinflussung von Membranen in lebenden Zellen. Die Zellen sind die Grundbausteine aller lebenden Organismen. Sie sind umrandet und unterteilt durch Membranen. Membranen sind von grundlegender Bedeutung für Zellen und ermöglichen, dass biologische und chemische Prozesse in nur dafür vorgesehenen abgegrenzten Räumen der Zelle stattfinden, zum Beispiel im Zellkern oder in Mitochondrien. Sie ermöglichen demzufolge eine räumliche und zeitliche Kontrolle aller zellulären Vorgänge, und die korrekte Funktionsweise einer jeden Zelle hängt somit direkt von den Eigenschaften der Membranen ab.

Die Vorstellung, dass Membranen in Zellen starre Gebilde sind, die Räume in Zellen abgrenzen, ist weit verbreitet. Dem ist jedoch nicht so, denn Membranen stellen fließende Strukturen dar, die sich in ihrer Form, Zusammensetzung und Funktion auf verschiedene Zustände des hoch dynamischen Systems der Zelle ausrichten. Während die statischen Eigenschaften von biologischen Membranen heute relativ gut verstanden werden, werfen die Regulationsprinzipien der Membranveränderungen und die Dynamik von Membransystemen in den Zellen, sowie die daraus resultierenden physiologischen Auswirkungen heute noch große Fragen auf.

Der Forschungsschwerpunkt DynaMem hat sich zum Ziel gesetzt, genau die molekularen Mechanismen der intrazellulären Membrandynamik und deren Regulation in den Zellen zu beschreiben, sowie Möglichkeiten zu deren Veränderung zu entwickeln. Neben vielen grundlegenden Forschungsaspekten wird die Rolle der Membran-dynamik auch in wichtigen Prozessen wie der Alterung, dem Zelltod, dem Krebs, Knochenerkrankungen und beim Parasitismus untersucht.

Projektpartner

Hochschule für Gestaltung Offenbach am Main (Federführung), Frankfurt University of Applied Sciences, Technische Universität Darmstadt, Goethe-Universität Frankfurt

Landesförderung

2018-2021: ca. 3,6 Millionen Euro
Laufzeitverlängerung bis 30.06.2022

Worum geht es?

Wie können die Bedürfnisse unterschiedlicher Nutzerinnen und Nutzer bei der Gestaltung neuer, umweltfreundlicher Mobilitätsangebote einbezogen werden?

Mit der digitalen Verfügbarkeit (mobiles Internet über das Smartphone) werden neue intelligente Mobilitätsformen möglich: Wir werden zukünftig problemlos unterschiedliche Verkehrsträger entsprechend unseren Bedürfnissen konfigurieren können. Der flüssige und sichere Übergang von einer Mobilitätsform zu einer anderen kann unmittelbar und flexibel erfolgen. Dadurch vereinfacht sich die Nutzung öffentlicher als auch kooperativ geteilter Verkehrsmittel (Sharing). Mein Fahrtenwunsch und wie ich fahren will – das entscheide ich unmittelbar und wie ich will.

Um diese neue Freiheit der Mobilität zu ermöglichen, ist nicht nur ein störungsfreies Zusammenspiel der unterschiedlichen Mobilitätsangebote und Verkehrsmittel notwendig, sondern es bedarf einer umfassenden Gestaltung der Mobilitätsräume, in denen sich die Nutzer bewegen, auch in der Verknüpfung zum mobilen Internet. Dies betrifft nicht nur die funktional-praktischen Zusammenhänge, sondern wesentlich auch die emotionalen Faktoren: Fühle ich mich wohl, fühle ich mich sicher?

Es sind die Bedürfnisse der unterschiedlichen Nutzerinnen und Nutzer, die bei der Gestaltung der neuen, umweltfreundlichen Mobilitätsangeboten zu berücksichtigen sind. Hier setzt der LOEWE-Forschungsschwerpunkt „Infrastruktur – Design – Gesellschaft“ an, der systematisch die Anforderungen an die Gestaltung dieser neuen, vernetzten und multimodalen Mobilität im Ballungsraum Rhein-Main untersucht.

Projektpartner

Technische Universität Darmstadt

Landesförderung

2018-2021: ca. 4,8 Millionen Euro
Laufzeitverlängerung bis 31.12.2022

Worum geht es?

Wie kann das Recycling erprobter Software neue Möglichkeiten schaffen und die Verfügbarkeit zuverlässiger Softwaresysteme verbessern?

Softwarebasierte Systeme spielen eine zentrale Rolle in der industriellen Produktion, für die Zuverlässigkeit von Transportsystemen und bei der Nutzung von Informationen und Diensten. Die korrekte Funktionsweise, Effizienz und Sicherheit von Software sind kritische Faktoren, von denen jeder einzelne den Unterschied zwischen finanziellem Gewinn und Verlust ausmachen kann, oft sogar zwischen Leben und Tod.

Die rechtzeitige Verfügbarkeit von Software in geeigneter Qualität ist ein entscheidender Erfolgsfaktor für Unternehmen und Wirtschaftsräume sowie eine Notwendigkeit für das Funktionieren des Zusammenlebens in modernen Gesellschaften. Paradigmenwechsel in der industriellen Produktion (Industrie 4.0) und in der elektronischen Verarbeitung von Informationen (Big Data) sind nur dann realisierbar, wenn sie durch die Entwicklung geeigneter Softwaresysteme unterstützt werden.

Der LOEWE-Schwerpunkt Software-Factory 4.0 verfolgt einen zur Neuentwicklung von Software komplementären Ansatz. Durch die Anpassung existierender Software an neue Anforderungen soll eine schnellere Verfügbarkeit geeigneter Software möglich werden.

Projektpartner

Technische Universität Darmstadt (Federführung), Goethe-Universität Frankfurt

Landesförderung

2018-2021: ca. 3,5 Millionen Euro
Laufzeitverlängerung bis 30.06.2022

Worum geht es?

Lassen sich komplizierte geometrische Räume durch einfache Räume beschreiben?

Das Konzept der Uniformisierung, das auf berühmte Arbeiten von Riemann und Klein aus dem 19. Jahrhundert zurückgeht, liefert hierfür einen Ansatz. Es erlaubt, einen komplizierten geometrischen Raum durch einen deutlich einfacheren zu ersetzen, ohne die lokale Struktur zu verändern. Die Komplexität wird dabei durch innere Symmetrien des einfacheren Raumes beschrieben. Diese Grundidee hat sich als äußerst schlagkräftig erwiesen und wurde seither in verschiedene Richtungen verallgemeinert, wie etwa auf sogenannte nichtarchimedische Geometrien.

Im LOEWE-Schwerpunkt „Uniformisierte Strukturen in Arithmetik und Geometrie“ sollen durch die Verbindung verschiedener Techniken der Uniformisierung neue Einsichten zu aktuellen arithmetischen und geometrischen Klassifikationsproblemen gewonnen werden. Gegenstand der Untersuchungen sind dabei algebraische Varietäten, also Lösungsmengen von Gleichungssystemen, die durch Polynome gegeben sind. Wichtige Beispiele, wie elliptische Kurven und Calabi-Yau-Varietäten, spielen auch in Anwendungen in der Kryptographie und in der Mathematischen Physik eine prominente Rolle. Kryptographische Verfahren, die auf elliptischen Kurven und verwandten zahlentheoretischen Strukturen basieren, werden z.B. zur Verschlüsselung bei Online-Einkäufen und Handytelefonaten eingesetzt.