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Die Reaktion eines Organismus auf Krankheitserreger verläuft in mehreren Schritten, beginnend mit den natürlichen Hindernissen, wie z.B. der Membran einer Pflanzenzelle oder der Haut der Säugetiere, gefolgt von den Elementen der angeborenen Immunität, die eine frühe Abwehrreaktion ermöglichen. Die ursprüngliche Verarbeitung der pathogenen Fremdantigene in somatischen Zellen sowie die räumlich und zeitlich aufeinander abgestimmte Abwehrreaktion, einschließlich verschiedener Elemente der angeborenen Immunität, stellen in der Regel die Weichen für eine koordinierte und ausgewogene adaptive Immunantwort. Der SFB konzentriert sich auf die zellautonome Erkennung und Effektor-Moleküle, die Makrophagen - aber auch anderen nicht spezialisierten Phagozyten -  ermöglichen, vor allem intrazelluläre mikrobielle Pathogene zu eliminieren. Wie höhere Wirbeltiere sind auch Pflanzen in der Lage, sich gegen mikrobielle Krankheitserreger zu verteidigen. Da Pflanzen nicht über ein zirkulierendes Immunsystem mit Antikörpern und Immunzellen verfügen, muss jede einzelne Pflanzenzelle in der Lage sein, mikrobielle Krankheitserreger zu erkennen und effektiv zu beseitigen.
Die ausgeprägte Komplexität des Forschungsbereichs stellt eine große Herausforderung für das integrative Verstehen der molekularen Interaktionen tierischer und pflanzlicher Wirtszellkomponenten auf der einen Seite und Strukturen von intrazellulären Erregern auf der anderen Seite dar. Durch die Forschergruppen in Köln und Bonn eröffnet sich eine besondere Chance, neue Einblicke in die Funktion der zellautonomen Verteidigung und ihrer Folgen für die Immunabwehr gegen Krankheitserreger in einem sich ergänzenden und interdisziplinären Forschungsnetzwerk zu gewinnen.

Zufall und Notwendigkeit in der Evolution sind ein grundlegendes Thema der Biologie. Adaptation ist der deterministische Teil des Evolutionsprozesses: unter natürlicher Selektion  etablieren sich in Populationen funktionale Veränderungen als Antwort auf Veränderungen in Umgebung und Ökologie. Wie können wir diese Dynamik ausgehend von ihrer molekularen Basis verstehen, die in Genen und ihren Wechselwirkungen liegt? Auf welche Weise finden Adaptation und funktionale Innovation im Meer der zufälligen Veränderungen molekularer Evolution statt? Dies sind die zentralen Fragen, die den SFB 680 beschäftigen.
Adaptive Evolution findet über ein breites Spektrum von Zeitskalen statt. Diese Prozesse reichen von Innovationen in der Evolution von Zelltypen und Bauplänen, die Differentiationen zwischen übergeordneten Taxa im Baum des Lebens markieren, über Speziationen und ihre Gründe auf molekularer Ebene bis zu mikroevolutionärer Adaptation von Populationen an zeitliche und geographische Veränderungen ihres Lebensraumes. Zwei Bereiche hauptsächlich experimenteller Projekte orientieren sich an diesen Zeitskalen: Projektbereich A beschäftigt sich mit Evolution zwischen Spezies und Projektbereich B mit Evolution innerhalb einer Spezies. Projektbereich C enthält theoriegetriebene Projekte und spiegelt das Ziel der Evolutionstheorie wider, gemeinsame dynamische Prinzipien der Mikro- und Makroevolution zu formulieren.
Der SFB bündelt ein einzigartiges Spektrum von Kompetenz in evolutionärer Genetik, Entwicklungsbiologie,  moderner Genomik, Populationsgenetik und statistischer Biophysik. Seine experimentellen und theoretischen Projekte sind durch Kooperationen verbunden, die sich auf die Analyse genomischer Daten, regulatorische Wechselwirkungen, Gen-Expressionsdaten und den Nachweis von Selektion konzentrieren. Sie dienen dem gemeinsamen Ziel, die komplexe, stochastische Dynamik molekularer Evolution quantitativ zu verstehen. Das erfordert ein tieferes Zusammenspiel von Experiment und Theorie in der Biologie, und dieser SFB wird weiterhin eine Brutstelle dieser neuen Wissenschaft sein.

Der SFB 829 wurde gegründet, um zu verstehen, wie molekulare und zelluläre Wechselwirkungen innerhalb und zwischen den verschiedenen Kompartimenten der Haut angelegt und aufrechterhalten werden, damit eine Homöostase gewährleistet ist, und um die wichtigsten Wege zu verstehen, durch die Veränderungen diese Wechselwirkungen stören und damit Hautkrankheiten verursachen.Zur Erreichung dieses übergeordneten Ziels werden die folgenden Fragen auf molekularer Ebene bearbeitet: Wie interagieren und kommunizieren Hautzellen miteinander (ähnliche und verschiedene Zelltypen)? Wie beeinflusst der Kontakt der Hautzellen mit der extrazellulären Matrix diese Kommunikation? Welches sind die entscheidenden Signalwege, die für diese Kommunikation verwendet werden? Wie wirkt sich die Störung der wichtigsten Signalwege auf die Homöostase der Haut aus und wie endet dies in einer Krankheit? Unser übergeordnetes Ziel ist es (1) die wichtigsten Kommunikationswege für zelluläre Interaktionen in der Haut zu identifizieren, die dazu dienen, die Gewebehomöostase aufrechtzuerhalten, und (2) die Rolle dieser Signalwege in Krankheitsprozessen zu definieren. Auf lange Sicht wird dies ermöglichen, molekulare Regulationsmechanismen, welche die Homöostase der Haut und Hauterkrankungen bestimmen, zu übersetzen und so neue therapeutische Ansätze zu entwickeln. Zur Beantwortung dieser Fragen haben wir zwei Arten von Projektbereichen ausgewählt: Forschungsbereich A: Funktion von Epithelzellen; Projektbereich B: Funktion von Nicht-Epithelzellen.

Mitochondrien sind essentielle Zellorganelle mit zentraler Funktion für den zellulären Energiehaushalt. Jüngste Forschungen zeichneten jedoch ein deutlich komplexeres Bild der Rolle der Mitochondrien innerhalb der Zelle und identifizierten Mitochondrien als dynamische zelluläre Strukturen, die in vielfältiger Weise mit der zellulären Umgebung kommunizieren. Geänderte physiologische Bedingungen führen zu einer Anpassung der Aktivität der Mitochondrien. Gleichzeitig sind Mitochondrien aber auch Bestandteil verschiedener zellulärer Signalwege und beeinflussen die Aktivität, Differenzierung und das Überleben der Zelle. Die wechselseitigen Interaktionen von Mitochondrien mit der zellulären Umgebung werfen auch vielfältige neue Fragen zur Pathogenese von Erkrankungen auf, die auf eine Funktionsstörung der Mitochondrien zurückzuführen sind. Um diese komplexen und häufig neuartigen Zusammenhänge aufzuklären, verfolgt der Sonderforschungs-bereich einen interdisziplinären Ansatz und führt Forschungsgruppen mit komplementärer Expertise in einem Forschungsverbund zusammen. Teilprojekte im Forschungsbereich A untersuchen die Anpassung der Mitochondrien an sich ändernde zelluläre Bedingungen und fokussieren insbesondere auf die Rolle der mitochondrialen Dynamik für die Aufrechterhaltung der funktionellen Integrität der Organelle. Der Schwerpunkt der Arbeiten im Forschungsbereich B liegt auf Signalwegen, die durch Mitochondrien unter Stress und pathologischen Bedingungen reguliert werden. Insgesamt ermöglichen die Arbeiten innerhalb des Sonderforschungsbereiches einen integrativen Einblick auf die komplexe Regulation der zellulären Funktion durch Mitochondrien, eine wichtige Voraussetzung für das Verständnis mitochondrialer Erkrankungen und die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien.