Schwerpunkt: Nachwuchsforschende 01 2019 Das Harte im Knochen Der Natur nachgebaut: mineralische Substanz ermöglicht schnellere Heilung Im Untergrund: Dichtkunst in der Kulturrevolution > Seite 8 Im Kreislauf: Kohlenstoff nachhaltig nutzen > Seite 16 Im Team: Ausbildung in der Kinderklinik > Seite 48

01 2019 Inhalt Forschung Das Harte im Knochen Eine der Natur nachgebaute Substanz entscheidet über das Schicksal bestimmter Stammzellen Die fliegenden Bücher Die chinesische Kulturrevolution war eine Ära im Untergrund blühender Dichtkunst Elektronische Wundheilung Ein Verband aus Polymer soll die Behandlung offener Verletzungen erleichtern Von der Feinwurzel zum Footprint Forschungsansätze für ein besseres Kohlenstoff management Das Gespräch im Blick Videoanalysen und mobiles Eye-Tracking sollen die Funktionen non-verbaler Kommunikationsmittel zeigen Wie eine gut geölte Maschine Eine Freiburger Biochemikerin will die Mechanismen von Enzymen verstehen Besser vernetzt bei Katastrophen Das Projekt Resibes legt Grundlagen für eine effizientere Koordination von Spontanhelfern Mit dem Schmelzofen in die Schwerelosigkeit Zur Züchtung möglichst perfekter Kristalle für die Mikroelektronik geht es in die Luft Vom unbeschriebenen Blatt zur zellulären Identität Wie embryonale Stammzellen durch molekulare Weichensteller zu spezialisierten Organzellen werden Lehre Seminar ohne Grenzen Interkultureller Dialog zwischen den Universitäten Freiburg und Accra Vom Lötkolben zum molekularen Schalter Studierende der Synthetischen Biologie und der Mikrosystemtechnik lernen gemeinsam Voneinander, miteinander und übereinander lernen Die Freiburger Ausbildungsstation in der Kinder- und Jugendmedizin bringt Studierende und angehende Pfl egekräfte zusammen 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48

uni wissen 01 2019 5 Küken schlüpfen nach 21 Tagen. Ihre Knochen sind während ihrer Entwicklung im Ei noch nicht vollständig ausgebildet, sondern bilden so genannte Knochenvorstufen. Auf denen suchte Sarem nach Phosvitin, auch PV genannt. Ihr Doktorvater hatte Jahre zuvor entdeckt, dass dieses Phospho ­ pro tein aus Eigelb Calcium bindet und Calcium­ Phosphor­Komplexe aufbaut, aus denen die mineralische Phase Apatit hauptsächlich besteht. Sarem überprüfte, ob PV etwas mit der Kno­ chenbildung zu tun hat. Entsprechende Erkennt­ nisse könnten dann beispielsweise in Therapien für heikle Knochenbrüche einfließen. Der Natur nachgebaut Also entnahm Sarem bebrüteten Eiern nach acht, zehn und 13 Tagen die weichen Knochenvor­ stufen, fror sie ein und schnitt sie in hauchdünne Scheiben. Anhand eines gegen PV markierten Antikörpers zeigte sich: Das Phosphoprotein ist vorhanden. Kurz bevor die Vorstufen zu fertigen Knochen reifen, steigt seine Menge stark an. „PV ist bedeutend für die Knochenbildung in Hühner­ embryonen“, folgerte Sarem. „Es gab viele Theo rien zu PV“, erklärt Shastri, „aber niemand ahnte, dass es an der Knochenbildung beteiligt ist.“ Als Nächstes montierte Sarem PV an eine künstliche, dem Kollagengerüst von Knochen nachgebaute 3­D­Matrix. Auch in dieser Umge­ bung formt PV Calcium­Phosphor­Komplexe. Am eff ektivsten arbeitet es in einer speziellen räum­ lichen Struktur, die sich einstellt, wenn gleiche Bedingungen herrschen wie bei Reparaturvor­ gängen in natürlichen Knochen. Sarem optimierte das mineralische Klima in ihrem System, bis die Calcium­Phosphor­Mineralbausteine für Apatit exakt so groß und von gleicher Struktur waren wie in der Natur. Nun funktionierten sie als Kristalli­ sationskeime für biomimetisches, also der Natur nach gebautes Apatit. „Natürliches Apatit lässt sich nicht synthetisch herstellen, weil es eine semikristalline Struktur hat“, erklärt Sarem. Es kann nur biologischen Pro­ zessen entspringen, bestätigt Shastri: „Die letzten Entstehungsschritte sind dann teils Biophysik, teils Thermodynamik.“ Das System der Biomedizin­ ingenieurin führt sogar noch weiter: „Wenn wir Calcium und Phosphor zum gekoppelten PV geben, haben wir in zwei Stunden etwas, das wie Knochen aussieht.“ Apatit hemmt die indirekte Knochenbildung Die Rolle, die Phosvitin bei Hühnern spielt, ist vergleichbar mit der Rolle von Dentin Matrix Protein 1, abgekürzt DMP1, bei Säugetieren. Sarem ersetzte das Phosvitin in ihrem System durch DMP1. Auch DMP1 lieferte biomimetisches Apatit und knöcherne Strukturen. Nach diesem positiven Ergebnis wandte Sarem sich lebenden Zellen zu, mesen­ chymalen Stammzellen, auch MSC genannt. Diese fi nden sich mehrheitlich im Knochenmark und können auf zwei Arten Knochen bilden: Sie wandeln sich entweder direkt oder indirekt, über eine Zwischenstufe aus Knorpel, in Knochen­ zellen um. Doch wovon hängt es ab, welchen der beiden Wege sie einschlagen, fragte sich Sarem. Um diese Frage zu klären, kombinierte die Forscherin zuerst ihre DMP1­Knochenmartix mit mesenchymalen Stammzellen aus dem Knochen­

uni wissen 01 2019 7 zellen aus dem Knochenmark keinen Knochen mehr. Umgekehrt stimuliert zusätzliches Apatit­ Calcium den Rezeptor: Die CaSR­Menge nimmt zu. Parallel sinkt auf den Stammzellen vorüber­ gehend die Menge des Parathormon­1­Rezeptors, PTH1R genannt, der den Calcium­Ionen­Haus­ halt im Gleichgewicht hält. „Er ist ein Big Player bei der indirekten Knochenbildung“, sagt Sarem und kommt zu dem Resultat: Apatit hemmt den indirekten Weg der Knochenbildung. Verschiedene Heilungsprozesse Im Rahmen einer Kooperation mit Forschenden vom Departement für Biomedizin der Universität Basel transplantierten Sarem und Shastri ihr System in Mäuse: Im echten Leben favorisieren mesen­ chymale Stammzellen aus dem Knochenmark off enbar den direkten Weg der Knochenbildung – mit Beteiligung von Apatit. Ohne die mineralische Phase aus dem Knochen schlagen sie den indi­ rekten Weg über Knorpel ein. „Das Wechselspiel zwischen CaSR und PTH1R entscheidet, welches Schicksal die MSC aus dem Knochenmark haben“, resümiert Shastri. Diese Erkenntnis könnte praktische Folgen haben: Brüche fl acher Knochen heilen hauptsäch­ lich über den direkten Weg der Knochenbildung, Brüche langer Knochen vornehmlich über den indirekten. In beiden Fällen kommt laut Shastri heute therapeutisch teilweise künstliches, voll­ kristallines Apatit zum Einsatz. Doch es unter­ stützt nur die direkte Knochenbildung. Für den Heilungsprozess langer Knochen wäre biomimeti­ sches Apatit wohl nützlicher. Auch Transplantate und andere künstliche Strukturen ließen sich, so Shastri, wahrscheinlich bald mit biomimetischem Apatit beschichten. Dann können sie besser einwachsen oder als Formvorlagen für die Knochen bildung dienen. www.instagram.com/lady _in_science Dr. Melika Sarem Prof. Dr. Prasad Shastri hat den Bachelor- und Master- hat Chemie an der Universität abschluss in Biomedizin- von Bombay/Indien studiert. technik an der Amirkabir University of Technology in Teheran/Iran gemacht. 2012 Den Masterabschluss und die Promotion in Polymer- chemie erlangte er in den kam sie als Doktorandin an das Institut für Makromole- kulare Chemie und das Exzellenzcluster BIOSS Centre for Biological Signal- ling Studies der Universität Freiburg. Sie erhielt 2018 den Arthur-Lüttringhaus- Preis für die beste Doktorar- beit der Freiburger Fakultät für Chemie und Pharmazie sowie eine Auszeichnung im Rahmen des ON/EORS- Programms der European Orthopaedic Research Society. Derzeit arbeitet sie als Projektleiterin in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Prasad Shastri. Die Europäi- sche Gesellschaft für Bioma- terialien zeichnete sie 2019 mit dem Julia Polak Euro- pean Doctorate Award aus. USA. Dort, am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, forschte er bis 2001 in verschiedenen Positionen. 2009 kam er an die Universität Freiburg. Hier forscht und lehrt er als Professor für Biofunktionelle Makromolekulare Chemie und Cell Signalling Environ- ments. Seit 2010 ist er Direktor des Instituts für Makromolekulare Chemie. Zu seinen Forschungs- schwerpunkten gehören funktionelle Biomaterialien, Mechanobiologie, Krebs- therapeutika und regenera- tive Prozesse in Knochen und Knorpel. Fotos: Jürgen Gocke Zum Weiterlesen Sarem, M., Otto, O., Tanaka, S., Shastri, V. P. (2019): Cell number in mes­ enchymal stem cell aggregates dictates cell stiff ness and chondrogenesis. In: Stem Cell Research & Therapy, 10. DOI: 10.1186/s13287­018­1103­y Sarem, M., Heizmann, M., Barbero, A., Martin, I., Shastri, V. P. (2018): Hyperstimulation of CaSR in human MSCs by biomimetic apatite inhibits endochondral ossifi cation via temporal down­regulation of PTH1R. In: Procee­ dings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.1805159115 Sarem, M., Lüdeke, S., Thomann, R., Salavei, P., Zou, Z., Habraken, W., Masic, A., Shastri, V. P. (2017): Disordered Conformation with Low Pii Helix in Phosphoproteins Orchestrates Biomimetic Apatite Formation. In: Advanced Materials, 29/35. DOI: 10.1002/adma.201701629

uni wissen 01 2019 9 Die Roten Garden zerstörten alles, was als bürgerlich galt: Familienstrukturen, Universitäten, Schulen und auch Literatur. Foto: Red Guards/Wikimedia Commons/Villa Giulia plünderungen fanden. Einige nahmen sie für sich selbst mit. Als die Jugendlichen dann in Massen aufs Land geschickt wurden, um von den „Arbeitern und Bauern zu lernen“, wie es im politischen Programm hieß, packten sie auch diese Bücher ein und ließen sie zirkulieren. Eine Kopistenkultur Weil es aber nur wenige Bücher waren, die jeweils nur für kurze Zeit verliehen wurden, gingen Teile der Bevölkerung dazu über, sie handschriftlich kopieren. Es entstand eine Art Kopistenkultur. Schreiben war ohnehin ein zentra­ les Element der Populärkultur: Die Jugend lichen schrieben einander Briefe, führten Notiz bücher, in denen sie Gedichte, Zitate von Mao Zedong und andere bemerkenswerte Sentenzen festhielten. Der bekannte Autor Yu Hua etwa berichtet, dass er und sein Freund seinerzeit ein Buch, das sie nur eine Nacht lang behalten durften, abwechselnd abgeschrieben hätten, sehr eilig, um den Umfang auch zu bewältigen. Am Morgen hätten sie leider feststellen müssen, dass sie zu hektisch gewe­ sen waren: Die Schrift war fast völlig unleserlich. Vor Enttäuschung seien sie miteinander in Streit geraten. Nach der Kulturrevolu tion stieß Yu Hua zufällig auf ein Buch, das ihm irgendwie bekannt vorkam – es handelte sich um das Werk, das er in jener Nacht kopiert hatte: „Die Kameliendame“ von Alexandre Dumas, ein Stoff aus der Pariser Halbwelt des 19. Jahrhunderts. „Lesen und Schreiben fand aber häufig im Verborgenen statt“ Doch die Menschen beließen es keineswegs beim Kopieren. Neue Literatur entstand, Essays, Gedichte und unterhaltende Geschichten, eben­ falls handschriftlich verfasst und als Manuskript weitergereicht. Auch in der von Henningsen untersuchten fi ktionalen Literatur schrieb mancher Autor sein Werk mehrmals nieder. „Weil die Exemplare so begehrt waren, dass sie schlicht Henningsen hat sich schon immer für Kreativität interessiert. „Meine Doktorarbeit habe ich über Plagiate geschrieben. Ein Plagiat ist nur ver­ meintlich etwas Stupides. Darin steckt sehr viel Einfallsreichtum“ – etwas, das die Forscherin auch im Leseverhalten während der Kultur­ revolution wiederfindet. Natürlich möchte sie keinesfalls leugnen, dass die Periode der chine­ sischen Kulturrevolution eine grausame Zeit war: „Es sind fürchterliche Sachen passiert.“ Kinder denunzierten ihre Eltern, so genannte Abweichler mussten bei Schauprozessen eine vorgegebene Form der Selbstkritik üben und wurden bespuckt, verprügelt, sogar totgeschlagen. Es war aber auch eine Zeit, in der die Menschen auf ver­ blüffende Weise ein Bedürfnis stillten, das es offiziell gar nicht gab: das Bedürfnis nach Schön­ heit, nach Wortkunst, gerne auch nach saftiger Unterhaltung. „Es war durchaus auch eine Ära der Dichtung“, so Henningsen. Die Dichtung lebte unter anderem deswegen weiter, weil die Roten Garden nicht jedes als bürgerlich ein­ gestufte Buch zerstörten, das sie bei ihren Haus­

uni wissen 01 2019 11 die beiden führen ein zufriedenes Familienleben – bis im Jahr 1958 die Jugendliebe des Mannes wieder auftaucht und es endlich zu einem zweiten Händeschütteln kommt. „Lesen war nicht per se verdächtig“ „Großes Melodram, sehr gut geschrieben“, urteilt Henningsen. Gegen die herrschende Doktrin verstieß es freilich gleich auf mehreren Ebenen: erstens, weil es romantische Liebe als legitim schildert – der Partei war sie als bürgerliche Gefühlsduselei verpönt. Zweitens sind die Charak­ tere ambivalent, also keine strahlenden, unfehlbaren Helden. Drittens sind sie Naturwissenschaftler – in der Zeit der Kulturrevolution der Feind schlecht­ hin. Und viertens – und dies sollte dem Autor zum Verhängnis werden – stand nicht Mao Zedong als sonnengleiche Führergestalt über der Handlung, sondern Premierminister Zhou Enlai, der zweite Mann im Staate. Alle möglichen Genres Hand weitergereicht. „Andererseits war Lesen nicht per se verdächtig“, erklärt Henningsen. Wer einen anderen Umschlag um ein verbotenes Buch machte, verbarg es vor misstrauischen Blicken. Die „Mao­ Bibel“ tat da durchaus gute Dienste. „Das zweite Händeschütteln“ ist nur ein Beispiel für die Untergrundliteratur während der Kultur­ revolution, die unter dem Begriff der „fl iegenden Bücher“ bekannt wurde. Es gab alle möglichen Genres: Detektiv­ und Spionagegeschichten, Liebes­ und manchmal auch Sexliteratur, aber auch Lyrik. Je kritischer ein Werk, desto vorsich­ tiger und heimlicher wurde es verbreitet. Henningsen nennt als Beispiel den Lyriker Bei Dao und den von ihm verfassten Roman „Ge zeiten“, der nach der Kulturrevolution in deutscher Über­ setzung bei Fischer erschien. Der Autor, ein ehemaliger Rotgardist, äußerte in seinem Text deutliche Kritik am Regime, verbreitete ihn aber nur in sehr kleinen Zirkeln. „Man fi ndet seine hand­ schriftlichen Manuskripte daher heute nicht mehr“, so Henningsen. Anders als das Buch „Das zweite Händeschütteln“, von dem viele handschriftliche Exemplare in den Antiquariaten landeten. Es war gefährlich, ein solches Manuskript zirkulieren zu lassen. Daher lag es keinesfalls off en herum, es wurde sorgsam versteckt und nur unter w w w.sinologie.uni- freiburg.de/ forschung / politicsofreading Juniorprofessorin Dr. Lena Henningsen ist seit 2012 Juniorprofes- sorin am Institut für Sinolo- gie der Universität Freiburg. Sie stu dierte Sinologie, Musik wissenschaften und Politikwissenschaften an der Humboldt-Universität Berlin und an der Universität Heidelberg, wo sie in Sino- logie promovierte. In ihrer Forschung befasst sie sich mit Lesepraktiken und popu- lärer chinesischer Literatur des 20. und 21. Jahrhun- derts. Von 2013 bis 2018 war sie Mitglied der Jungen Akademie, 2016 wurde sie mit dem Leopoldina Early Career Award der der Nationalen Akademie der Wissenschaften ausgezeich- net. 2017 erhielt sie einen ERC Starting Grant für das Forschungsprojekt „The Politics of Reading in the People’s Republic of China“, das die hier beschriebe- nen Arbeiten fortsetzt. Foto: Thomas Kunz Zum Weiterlesen Henningsen, L. (2019, im Druck): Kosmopolitisches Lesen: Weltliteratur während der chine sischen Kulturrevolution. In: Lamping, D. (Hrsg.): Vergleichende Weltliteraturen. Stuttgart. Henningsen, L. (2019): Literature of the Cultural Revolution. In: Gu, M. D. (Hrsg.): Routledge Handbook of Modern Chinese Literature. London, New York, S. 423–434. Henningsen, L. (2017): What is a reader? Participation and intertextuality in hand­copied enter­ tainment fi ction from the Chinese Cultural Revolution. In: Modern Chinese Literature and Culture, 29/2, S. 109–158.

uni wissen 01 2019 13 Bei einem kleinen Schnitt dauert es nur wenige Stunden, bis die angrenzenden Hautzellen ihn oberflächlich so verschlossen haben, dass er in den unteren Schichten in Ruhe ausheilen kann. Bei einer Platzwunde benötigen die Zellen dazu schon ein wenig mehr Zeit, doch die Haut eines gesunden Menschen hat den Heilungsprozess meist gut im Griff . Problematisch für Patientinnen und Patienten und die sie behandelnden Ärztinnen und Ärzte sind vor allem chronische Wunden: off ene Stellen in der Haut, die über einen langen Zeit­ raum nicht heilen, Feuchtigkeit absondern und sich entzünden können. „Wenn wir den Heilungs­ prozess beschleunigen, können wir vielleicht sogar verhindern, dass eine große Wunde überhaupt chronisch wird“, sagt Dr. Maria Asplund. Die Elektro­ ingenieurin forscht am IMTEK, dem Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg, ge­ meinsam mit ihrer Nachwuchs forschungsgruppe im Exzellenzcluster BrainLinks­BrainTools an einem elektronischen Wundverband. Für das Projekt „SPEEDER“ hat sie einen ERC Starting Grant in Höhe von 1,5 Millionen Euro erhalten. „Der Mechanismus, den wir untersuchen, könnte spä­ ter auch in anderen Anwendungsfeldern von Nutzen sein“, sagt Asplund, „zum Beispiel bei der Herstellung von künstlichem Gewebe oder in der Therapie mit Elektrostimulation.“ Informationen durch Impulse Es ist ein grundlegender Mechanismus vieler Zellen: Um zu wandern, sich also in irgendeiner Form von A nach B zu bewegen, brauchen sie einen Impuls, der ihnen die Information gibt, in welche Richtung sie migrieren sollen. Wissen­ schaftlerinnen und Wissenschaftler sprechen da­ von, dass sich Zellen und Gewebe „organisieren“, und die Bewegungsreaktion wird als „Taxis“ be­ zeichnet. Die Impulse, auf die die Zellen reagieren, können ganz unterschiedlicher Art sein: mechanisch zum Beispiel, dann bewegen sich die Zellen, wenn sich die Beschaffenheit ihrer Umgebung verändert, also beispielsweise von hart zu weich wechselt. Auch auf chemische Einflüsse hin verändern manche Zellen ihre Position. „Die Chemotaxis und die Mechanotaxis sind bereits sehr gut erforscht, dazu gibt es zahlreiche Studien“, sagt Asplund. Anders sieht es hingegen bei der Elektrotaxis aus, die auch als Galvanotaxis be­ zeichnet wird. Hier orientieren sich die Zellen in­ nerhalb eines elektrischen Feldes hin zu einem Pol. Dieses Verhalten findet sich in vielen ver­ schiedenen Zelltypen, etwa in Krebszellen und in den Fibroblasten, den Zellen der Haut. „Die Verbindung zu Haut und Strom, die wir jetzt ziehen, ist neu, und wir glauben, dass sie sehr nützlich sein kann“ Ein solches elektrisches Feld entsteht während der natürlichen Wundheilung in den Schichten der Hautwunde, wenn Natriumionen sich vom Rand in Richtung Wundmitte bewegen und Chlori dionen den umgekehrten Weg nehmen. Das elektrische Feld „dirigiert“ den Heilungs­ prozess des Gewebes, da die Hautzellen auf den elektrischen Impuls reagieren und die Zellen am Rand einer Wunde sich so bewegen, dass diese schnellstmöglich verschlossen wird. „Bei einigen Krankheiten kann die Wundheilung jedoch gestört sein, oder es braucht einfach zu lange, bis die Wunde sich schließt“, sagt Asplund. In solchen Fällen soll der elektronische Wundverband helfen und die Heilung deutlich beschleunigen. Neue Haut-Strom-Verbindung Es gab bereits Versuche, künstliche elektrische Felder in Wunden durch eine Stimulation mit Gleichstrom herzustellen, bei der zwei Metall­ elektroden verwendet wurden. Doch das Material korrodierte schnell und brachte auch nicht die gewünschten Ergebnisse. Asplund und ihr Team haben sich daher nach einem alternativen Material umgeschaut und sind auf das Polymer PEDOT gestoßen: Poly­3,4­ethylendioxythiophen. „Dieses Polymer ist elektrisch leitfähig und kann im Ge­ gensatz zu Metall länger und wiederholt unter Gleichstrom belastet werden – bei gleichbleibender Leistung“, sagt José Leal, der Mitarbeiter von Asplund. Leal beschäftigt sich vor allem mit den Eigenschaften von PEDOT. Das Polymer wurde

Setup für Elektrotaxis: Flexible mit PEDOT beschichtete Elektroden werden ins Zellmedium gelegt, um ein elektrisches Feld zu generieren. Foto: AG Asplund/Universität Freiburg 15 Dr. Maria Asplund José Leal hat Mikrosystemtechnik an der Universität Freiburg studiert und sich in seiner Master- arbeit mit der Entwicklung mini aturisierter pH-Sensoren beschäftigt, um pH-Änderun- gen während der neuronalen Elektrostimulation zu untersu- chen. Er ist wissenschaftlicher Mitarbeiter der Electro-Active Coating Group und forscht im Rahmen des SPEEDER- Projekts an elektroaktiven Polymeren. Foto: Roberto Leal hat an der Universität Linköping/Schweden Ange- wandte Physik und Elektro- technik studiert und an der König lichen Technischen Hochschule in Stockholm/ Schweden promoviert. Seit 2011 forscht sie am Institut für Mikrosystemtechnik der Uni- versität Freiburg. Dank ihrer Forschung sind einige neue Beschichtungstechniken ent- standen, mit deren Hilfe Elektroden und Sensoren für neuroelektronische Schnitt- stellen zukünftig kleiner, ener- gieeffizienter und haltbarer werden können. Derzeit ent- wickelt sie ein neues Konzept zur Elektrostimulation für Ge- webetechnik, um die Heilung komplizierter Wunden zu unterstützen. Foto: Klaus Polkowski „Wir sind gut darin, kleine Dinge zu entwickeln“ hinzu, dass die Forscher das elektrische Feld in einer quasi fl üssigen Umgebung aufbauen, in die mit der Zellfl üssigkeit und möglichen Wundsekreten verschiedene Strukturen mit einbezogen werden müssen. Unklar ist bislang auch, wie PEDOT reagiert, wenn es für eine lange Zeit immer wie­ der unter Strom gesetzt wird – lässt seine Fähig­ keit mit zunehmender Zyklenzahl vielleicht nach? Und welche Rolle spielt die Stromstärke? „Wir sind gut darin, kleine Dinge zu entwickeln, das ist unser Job“, sagt Asplund, „außerdem wissen wir bereits, dass das Grundprinzip funktioniert, und sind jetzt dabei, die Variablen aus zutesten.“ Mit diesem Wissen könne der Mechanismus dann individuell an andere Anwendungen angepasst werden. Die Haut sei ein zwar nicht unkompliziertes, aber durchaus geeignetes Feld für die ersten Ver suche. „Das ist um einiges einfacher“, sagt Asplund, „als die Technik bei einem Hirnimplantat auszuprobieren.“ Zum Weiterlesen Boehler, C., Asplund, M. (2018): PEDOT as a high charge injection material for low­frequency stimulation. In: Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc, S. 2202­2205. DOI: 10.1109/EMBC.2018.8512597 Kleber, C., Bruns, M., Lienkamp, K., Rühe, J., Asplund, M. (2017): An interpene­ trating, microstructurable and covalently attached conducting polymer hydrogel for neural interfaces. In: Acta Biomaterialia, 58, S. 365­75. DOI: 10.1016/j.actbio.2017.05.056 Boehler, C. Kleber, C., Martini, N., Xie, Y., Dryg, I., Stieglitz, T., Hofmann, U.G., Asplund, M. (2017): Actively controlled release of Dexamethasone from neural microelectrodes in a chronic in vivo study. In: Biomaterials 129, S. 1­23. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2017.03.019

uni wissen 01 2019 17 An diesem Ziel arbeiten auch drei Nachwuchs­ wissenschaftlerinnen der Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen der Universität Freiburg. Dass es gerade Forst­ und Forstpolitikwissen­ schaftlerinnen sind, die sich dieser Thematik wid­ men, ist wohl kein Zufall. „Das Nachhaltigkeitsgebot, wie es in der Bioökonomie zum Tragen kommt, hat seinen Ursprung in der Forstwissenschaft“, erklärt Dr. Friderike Beyer. Gefördert vom Margarete­ von­Wrangell­Programm untersucht sie seit dem letzten Jahr, welche Baumarten durch ihre Fein­ wurzelaktivität wie viel Kohlenstoff in den Boden ab geben und speichern. Feinwurzeln sind Wur­ zeln mit einem Durchmesser von unter zwei Milli­ metern. Ein beträchtlicher Teil des von Bäumen fotosynthetisch gebundenen Kohlenstoff s wird direkt für das Feinwurzelwachstum verwendet. Gleichzeitig untersucht Beyer die Kohlenstoff ­ dynamik in forst lichen Mono kulturen im Vergleich zu Mischwaldbeständen mit einer bestimmten Baum artenauswahl. Ihre Unter suchungen sind ge­ wissermaßen Grundlagen forschung zur Lösung der Frage, wie das Senken potenzial von Wäldern erhöht werden kann: das Potenzial, möglichst viel Kohlenstoff im Ökosystem zu speichern. „Wir drei arbeiten in einer Art Kreislauf zusam­ men. Wenn du fertig bist mit den Wurzeln und der Bestandsentwicklung“, sagt Dr. Janine Schweier zu Beyer, „komme ich und überlege, wie ich das Holz nachhaltig zum Verbraucher und zur Industrie bekomme: Wie können Bäume möglichst sicher, effi zient und umweltschonend gefällt und transpor­ tiert werden?“ Und an Juniorprofessorin Dr. Sina Leipold gewandt fügt sie hinzu: „Dann übernimmst du und untersuchst, wie das gewonnene Holz um­ weltschonend und effi zient genutzt werden kann und welcher politischen Instrumente es bedarf, um eine solche Nutzung zu fördern.“ Zukunftskonzepte für die Holznutzung eruieren, wie diese politisch gefördert werden können. Daraus leitet sie mit ihrem Team Hand­ lungsempfehlungen für Politik und Wirtschaft ab: Leipold leitet die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Nachwuchsfor­ schungsgruppe „Circulus – Trans formationspfade und ­hindernisse zu einer nachhaltigen Kreislauf­ wirtschaft in der Bioökonomie“. Am nächsten an der Natur arbeitet von den drei Wissenschaftlerinnen Beyer: „Für meine Studien entnehme ich zum Beispiel auf dem Versuchs­ gelände mit einem Stechzylinder Feinwurzelproben aus der Erde und analysiere sie. Ich schaue mir den Anteil der Feinwurzelbiomasse der jeweiligen Baumart an und rechne dann hoch.“ Da Kohlenstoff in Wäldern bis zu zwei Dritteln unterirdisch im Waldboden gebunden wird, ist die Untersuchung des Feinwurzelumsatzes von grundlegender Bedeutung. Weltweite Untersuchungen Wichtig für eine längerfristige Speicherung von Kohlenstoff sind auch die unterschiedlichen Resisten­ zen der Baumarten – etwa gegen Borkenkäferbefall – sowie ihre Resilienz, das heißt Wider standsfähigkeit gegenüber Umweltbedingungen wie zunehmende Trockenheit oder schwere Stürme. Ein Viertel des anfallenden Holzes pro Jahr ist allein auf den Borkenkäferbefall und auf Sturmschäden zurück­ zu führen. „Ich arbeite für das weltweit größte Baumdiversitätsprojekt, das Tree Diversity Network oder kurz: TreeDivNet. Vergleichbare Untersuchun­ gen zu denen, wie wir sie vornehmen, gibt es unter anderem in Kanada, China und den USA“, so Beyer. „Das Nachhaltigkeitsgebot hat seinen Ursprung in der Forstwissenschaft“ Schweier, die ebenfalls vom Margarete­von­ Wrangell­Programm gefördert wird, arbeitet an emissionsreduzierten Verfahren im Bereich von Holz ernte und Holzbringung und entwickelt Nutzungs­ und Bereitstellungskonzepte für die Zukunft. Leipolds Arbeit hingegen besteht zum Teil darin, nachhaltige Geschäftsmodelle und ­praktiken ausfi ndig zu machen und zu Ebenso vielfältig ist das Arbeitsfeld von Schweier: „Meine Aufgabe besteht darin, Konzepte zu er ar­ beiten, die es erlauben, Prozesse der Holzbereit­ stellung und des Transports möglichst effi zient, wirtschaftlich und sozialverträglich, gleichzeitig aber auch emissionsarm und umweltschonend zu ge­ stalten.“ Ihre Forschungen sind an der Schnittstelle zu

uni wissen 01 2019 19 potenziale auf. „Ein Beispiel hierfür ist die so ge­ nannte Kaskadennutzung. Das kann bedeuten, dass Holz zunächst als Baustoff Verwendung fi ndet, um später als Material für Möbel zu dienen und am Ende durch Verbrennen auch noch Energie zu er­ zeugen“, erklärt Leipold. „Wir drei arbeiten in einer Art Kreislauf zusammen“ Konzepte der Bioökonomie werden in Europa und Deutschland in der Politik zunehmend be­ rücksichtigt, „allerdings gibt es verschiedene Meinungen darüber, wie eine nachhaltige Bio­ ökonomie erreicht werden kann“, sagt Leipold. Als einen wichtigen Hebel der Politik, die Wirt­ schaft in Richtung nachhaltiger Bioökonomie zu lenken – ein Ziel, für das letztlich alle drei Freiburger Forscherinnen arbeiten –, bezeichnet sie die Besteuerung von Rohstoffen bei gleichzeitiger Steuerentlastung für die arbeitende Bevölkerung. Für alle drei Wissenschaftlerinnen ist im Hinblick auf das bioökonomische Wirtschaften noch viel Luft nach oben. Ihre Hoffnung ist es, dass Bewe­ gungen wie „Fridays for Future“ für den nötigen öffentlichen Druck sorgen und zu einem Um­ denken und Umlenken in Politik und Wirtschaft führen. www.foresteng.uni-freiburg.de www.transition.uni-freiburg.de www.waldbau.uni-freiburg.de Zum Weiterlesen Juniorprofessorin Dr. Friderike Beyer Dr. Sina Leipold ist seit 2017 Juniorprofessur für Gesellschaftliche Trans- formation und Kreislaufwirt- schaft der Universität Freiburg. Nach dem Studium der Politikwissenschaft, Ge- schichte und Sozialwissen- schaft in Bochum, Neu-Delhi/ Indien, Buenos Aires/Argen- tinien und Freiburg promo- vierte sie 2016 mit einer Arbeit über diskursive Hand- lungsmacht in transnationa- ler Holzhandelspolitik. Im selben Jahr übernahm sie die Leitung der BMBF-For- schungsgruppe „Circulus“, die Politik und Praxis einer biobasierten Kreislaufwirt- schaft erforscht und dazu Sozial- und Umweltwissen- schaftlerinnen und -wissen- schaftler mit Personen aus Wirtschaft und Politik zu- sammenbringt. Fotos: Klaus Polkowski hat International Forest Eco- system Management und Waldökologie in Eberswalde, Oulu/Finnland und Göttingen studiert. Von 2008 bis 2012 arbeitete sie als Doktorandin in der Abteilung Ökologie und Ökosystemforschung der Universität Göttingen und wurde dort mit einer Arbeit zur inter- und intra- spezifischen Konkurrenz von Buchen und Eschen promo- viert. Anschließend forschte sie an der Sveriges lantbruks- universitet in Uppsala/ Schweden zur Wassernut- zungseffizienz von verschie- denen Weidengenotypen in Kurzumtriebsplantagen in Schweden und Italien. 2016 erhielt sie vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württem- berg den Margarete-von- Wrangell-Fellowship zur Habilitation und wechselte an die Professur für Wald- bau der Universität Freiburg. Hier baut sie nun eine Nach- wuchsforschergruppe auf. Dr. Janine Schweier hat Forstwissenschaften in Freiburg studiert und arbei- tet seit 2008 als wissen- schaftliche Mitarbeiterin an der Professur für Forstliche Verfahrenstechnik der Fakul- tät für Umwelt und Natür- liche Ressourcen. Von Anfang an lag der Schwer- punkt ihrer Arbeit auf der ganzheitlichen Evaluierung der Nachhaltigkeit von Wald- Holz-Ketten. Mittlerweile wird sie im Rahmen des Margarete-von-Wrangell- Habilitationsprogramms gefördert und ist Leiterin eines Forschungsprojekts, in dem sie effiziente und wirtschaftliche, aber auch sozial- und umweltverträgliche Holzernte- und Logistikver- fahren erforscht und Evaluie- rungsmethoden wie zum Beispiel Ökobilanzen weiter- entwickeln möchte. Jarre, M., Petit­Boix, A., Meyer, R., Priefer, C., Leipold, S. (2019, in Druck): Transforming the bio­based sector towards a circular economy of wood – What can we learn from cascading? In: Forest Policy and Economics. DOI: 10.1016/j.forpol.2019.01.017 Paquette, A. et al. (2018): A million and more trees for science. In: Nature Ecology and Evolution, 2/5, S. 763–766. DOI: 10.1038/s41559­018­0544­0 Schweier, J., Spinelli, R., Magagnotti, N., Wolfslehner, B., Lexer, M. J. (2018): Sustainability assessment of alternative thinning operations in mediterranean softwood plantations. In: Forests, 9/7, S. 375. DOI: 10.3390/f9070375

uni wissen 01 2019 21 Welche Rolle Blicke und Gesten beim spontanen Sprechen spielen, will eine Freiburger Linguistin herausfinden. Foto: fancystudio/stock.adobe.com recht neue Feld der interdisziplinären Multi­ modalitätsforschung an. Diese Forschungs richtung an der Schnittstelle von Kognitions wissenschaften und Gesprächsforschung analysiert Sprache nicht nur als rein verbales Phänomen, sondern nimmt auch alle non­verbalen Kommunikationsmodalitäten in den Blick wie etwa Gestik, Mimik, Körper­ und Blickausrichtung, aber auch Positionierung im Raum. Ein besonderes Anliegen für Zima ist dabei auch die Reflexion der Methoden der Daten ­ ge winnung. So basieren viele Erkenntnisse der Multimodalitätsforschung auf einem weit verbreiteten experimentellen Design: Die Probandinnen und Probanden schauen zunächst einen Videocartoon an. Meist ist dies ein Ausschnitt aus dem in den 1950er Jahren produzierten Cartoon Canary Row, in dem Kater Sylvester das Vögelchen Tweety fangen möchte, daran aber ausdauernd scheitert. Danach erzählen die Teilnehmenden die Handlung nach, die aufgrund vieler vorkommender Be­ wegungsabläufe zum Gestikulieren einlädt. „Mich interessiert hingegen vor allem, wie Erzählen in Spontansprache und alltäglichen Situationen funk­ tioniert“, sagt die Freiburger Linguistin. Sie fragt sich, ob wir ähnlich häufi g und in Verbindung mit denselben sprachlichen Strukturen gestikulieren, auch wenn wir keinen Cartoon nacherzählen, sondern in spontanen, echten Konversationen zum Beispiel über selbst erlebte Bewegungshandlungen wie eine Fahrradtour erzählen oder die Reise einer Filmfi gur schildern. „Sprache ist gleichermaßen ein kognitives und interaktionales Phänomen“ Für ihre Untersuchungen zur Spontansprache stellt Zima mehrere Gruppen von drei Personen, zumeist Studentinnen und Studenten, zusammen. Zwei der Beteiligten besuchen zunächst gemein­ sam einen Kinofilm. Einige Stunden oder auch Tage später erzählen sie dann der dritten Person über die Handlung des Films und unterhalten sich anschließend noch eine Weile frei über Themen ihrer Wahl. Während des zwischen 45 und 65 Minuten dauernden Gesprächs tragen alle drei Teilnehmerinnen und Teilnehmer mobile Eye­ Tracking­Brillen, die sowohl das Blickfeld als auch die Blickfi xationen laufend aufzeichnen. Zusätzlich fi lmen Kameras die gesamte Inter aktion. Kognitive Linguistik als Grundlage Für ihr Projekt arbeitet Zima mit den Mit­ gliedern des neugegründeten Freiburger Eye­ Tracking Labors, dem MobEyeLab, sowie mit Forschenden der Universität Löwen/Belgien zu­ sammen. Dort wurde sie im Bereich der Kognitiven Linguistik promoviert. Grundannahme dieser Forschungsrichtung ist die These des ge­ brauchsbasierten Lernens. Im Gegensatz zum Paradigma der Generativen Grammatik, das auf Noam Chomsky zurückgeht, gehen Kognitive Linguisten davon aus, dass sprachliche Strukturen und Regeln nicht angeboren und im Gehirn vor­ programmiert sind, sondern aus dem Sprach­ input heraus erlernt werden. Dabei kommen allgemeine, nicht­sprachspezifische kognitive Prozesse und Fähigkeiten zum Einsatz, wie etwa die Fähigkeit zur Mustererkennung und zur Kategorien­ bildung. „Der natürliche Ort von Sprache und somit auch des Spracherwerbsprozesses ist die Interaktion von Angesicht­zu­Angesicht“, erklärt Zima. Doch genau diese Interaktionsdaten finden sich nur in sehr wenigen kognitiv­ linguistischen Studien tatsächlich wieder. Mit ihren Studien, die monologisches Sprechen in Experimentsituationen mit dem interaktionalen Sprechen in Konversationen vergleichen, möchte Zima die Brücke zwischen dem theore tischen Feld der Kognitiven Linguistik und der Ge­ sprächsanalyse schlagen, denn: „Sprache ist gleichermaßen ein kognitives und interaktio nales Phänomen. Nur wenige kognitiv interessierte Wis­ senschaftlerinnen und Wissenschaftler schauen sich jedoch authentische Interaktionen an. Und viele Interaktionsforschende haben wiederum keinen kognitionswissenschaftlichen Hintergrund.“ Unbewusste Blicke Zima und Auer sowie zwei weitere Forscher­ innen des MobEyeLabs möchten durch die ge­ wonnen Daten spezifisch unter suchen, „was wir

Dr. Elisabeth Zima Johanna Hantsch Clarissa Weiß studierte bis 2015 Germanistik studierte bis 2016 Germanistik und Soziologie an der Uni- und Anglistik an der Univer- versität Freiburg. Dort machte sität Freiburg und machte sie 2018 ihren Master - abschluss in Europäischer Linguistik. Momentan pro- moviert sie am Institut für Germanistische Linguistik. Ihre Forschungsschwer- punkte sind die Interaktionale Linguistik, die multimodale Gesprächsforschung und Konversationsanalyse. dort ihr Erstes Staatsexamen für das Lehramt an Gymna- sien. Momentan promoviert sie am Institut für Germanis- tische Linguistik. Ihre For- schungsschwerpunkte sind Multimodalität, Interaktionale Linguistik, Konversations- analyse und Blickforschung. 23 Prof. Dr. Peter Auer studierte Allgemeine Sprach- wissenschaft, Deutsche Sprachwissenschaft und Soziologie sowie Psychologie an den Universitäten Köln, Konstanz und Manchester/ England. Von 1980 bis 1989 war er wissenschaftlicher Mitarbeiter und anschlie- ßend Assistenzprofessor am Fachbereich Sprach- wissenschaft der Universität Konstanz, wo er 1983 seine Dissertation und 1988 seine Habilitation abschloss. 1989 war er Heisenberg-Stipendiat und später Professor für Deutsche Sprachwissen- schaft an der Universität Hamburg. Seit 1999 ist er Professor für Germanistische Linguistik an der Universität Freiburg. Fotos: Hanspeter Trefzger Das Vögelchen Tweety ist die Hauptfi gur des Video- cartoons, den Forschende in klassischen Experimenten abspielen. Foto: Tweety Bird figure/ Wikimedia Commons/Emilian Robert Vicol studierte Romanistik an der Universität Wien/Öster- reich. Nach ihrem Magister- abschluss spezialisierte sie sich in dem Studiengang Master of Advanced Studies of Linguistics an der Uni- versität Löwen/Belgien auf kognitive und funktionale Linguistik. 2011 wurde sie dort mit ihrer Arbeit über intersubjektive Resonanz und deren kreative Nut- zung im interaktionalen politischen Diskurs promo- viert. Sie war Gastwissen- schaftlerin an der Universität von Santa Barbara/USA und von 2012 bis 2014 am Freiburg Institute for Ad- vanced Studies (FRIAS). Zurzeit forscht sie am Institut für Germanistische Linguistik der Albert- Ludwigs-Universität. Seit 2018 wird ihre Forschung durch das Margarete von Wrangell-Habilitationspro- gramm des Ministeriums für Wissenschaft, For- schung und Kunst des Lan- des Baden-Württemberg finanziert. Ihr Habilitations- projekt, in dem sie Interak- tionen als Zusammenspiel verbaler und non-verbaler Kommunika tion untersucht, basiert auf der Analyse von Video- und Eye-Tracking- Daten und verbindet traditi- onelle Konversations - analyse mit kognitiven Fragestellungen. Fotos: Thomas Kunz Zum Weiterlesen Zima, E., Weiß, C., Brône, G. (2019): Gaze and overlap resolution in triadic interactions. In: Journal of Pragmatics, 140, S. 49­69. DOI: 10.1016/j.pragma.2018.11.019 Zima, E. (2017): Multimodale Mittel der Rederechtsaushandlung im gemeinsamen Erzählen in der Face to Face Interaktion. In: Gesprächs­ forschung ­ Online ­ Zeitschrift zur verbalen Interaktion, 18, S. 241­273. www.gespraechsforschung-online.de/fi leadmin/dateien/heft2017/ga-zima.pdf Zima, E. (2013): Kognition in der Interaktion. Eine kognitiv­linguistische und gesprächsanalytische Studie dialogischer Resonanz in österreichischen Parlamentsdebatten. Heidelberg.

uni wissen 01 2019 2525 Bunt, rund und Hoff nungsträger der Biotechnologie: Enzyme beschleunigen biochemische Reaktionen. Foto: Thomas Kunz Über dem Schreibtisch hängt ein großes Poster, auf dem sich unzählige Linien zu einem un­ durchsichtigen Gewirr verketten. Es erinnert an den U­Bahn­Plan einer Megacity – aber nur auf den ersten Blick: Bei genauerer Betrachtung wird erkennbar, dass die Linien Reaktionswege sind und die vermeintlichen U­Bahnhöfe Mole­ küle, über denen „Methionin“ oder „Adenosin“ steht. Unübersichtlich wirkt das Ganze noch immer. Aber Juniorprofessorin Dr. Jennifer Andexer widerspricht: Was hier auf dem Poster zu sehen sei, sei das, was in einer Zelle passiere, und das Poster sei total übersichtlich. Andexer erforscht am Institut für Pharmazeutische Wissenschaften der Universität Freiburg, wie Enzyme biochemi­ sche Reaktionen beschleunigen. Schnell und umweltverträglich Laktase zum Beispiel sei ein Enzym, das in laktosefreier Milche enthalten sei, erklärt Andexer und greift zum Stift. Auf ein Blatt Papier malt sie zwei kleine Kreise, die durch eine kurze Linie miteinander verbunden sind. „Das hier ist Laktose, bestehend aus den beiden Einfachzuckern Glukose und Galaktose“, sagt sie, tippt mit dem Stift dar­ auf und erklärt, dass Laktose sich unter Zugabe des Enzyms Laktase aufspalte. Das passiere theoretisch auch ohne Laktase – nur dauere es viel länger. Überall in der Natur katalysieren En­ zyme chemische Reaktionen, beschleunigen sie also. Mal spalten Enzyme, die immer aus einer dreidimensional gefalteten Kette an einan der­ gereihter Aminosäuren bestehen, eine Sub stanz auf, mal übertragen sie etwas aus einer chemischen Verbindung in eine andere, und das in Höchstge­ schwindigkeit. Enzyme sind aber noch viel mehr: Sie sind extrem umweltverträglich, weil sie keine Schwermetalle enthalten und meist bei Raum­ oder Körpertemperatur und in wässrigen Lösungs­ mitteln arbeiten. Hinzu kommt, dass sie sehr selektiv wirken. Aus all diesen Gründen, so Andexer, greifen Forscherinnen und Forscher in der chemischen Synthese gerne auf sie zurück. Perfekt funktionierende Kaskaden Gut möglich, dass sich mithilfe spezieller Enzyme Substanzen so verändern lassen, dass sie stärker wirken oder intensiver schmecken – Medikamente zum Beispiel oder Aromastoffe in der Lebensmittelindustrie. Die Freiburger Wis­ senschaftlerin erforscht, was es dazu braucht. „Bitte nicht falsch verstehen“, sagt sie. „Mein Ziel ist es nicht, ein Kilogramm von einer Substanz herzustellen. Mich interessiert, wie die Systeme funktionieren.“ Es gebe zwar das eine oder an­ dere Projekt, an dem sich auch Industriepartner beteiligten, aber sie wolle nicht ein Jahr Arbeit in die Optimierung irgendwelcher Pro dukte stecken, „Mich interessiert, wie die Systeme funktionieren“ denn „das machen andere besser“. Andexer erläutert, wie sie zusammen mit ihrem vier­ köpfigen Team die Funktionsweise von En zymen im Reagenzglas erforscht. Ziel sei es, Einzel ­ reaktionen so aufeinander abzustimmen, dass daraus perfekt funktionierende Kaskaden oder Kreisläufe werden.

uni wissen 01 2019 27 Juniorprofessorin Dr. Jennifer Andexer schloss 2004 ihr Biologie- studium an der Heinrich- Heine-Universität Düsseldorf ab und wechselte für ihre Promotion an das Institut für Molekulare Enzymtechnolo- gie am Forschungszentrum Jülich. Im Zuge ihrer For- schung über die Wirkungs- weise von Enzymen begab sie sich immer öfter auf das Gebiet der Chemie. Das baute sie ab 2008 als eine vom Deutschen Akademi- schen Austauschdienst ge- förderte Postdoktorandin am Department of Biochemistry und am Department of Chemistry der Universität Cambridge/England weiter aus. Seit 2011 ist sie Junior- professorin für Pharma - zeu tische und Medizinische Chemie am Institut für Phar- mazeutische Wissenschaften der Universität Freiburg. Aktuell ist sie Vertretungs- professorin in der Pharma- zeutische und Medizi nischen Chemie. Im vergangenen Jahr wurde ihr eine Förde- rung für eine Heisenberg - Professur der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG) zuerkannt. Sie erhielt unter anderem 2016 den ERC Starting Grant des European Research Councils und 2018 den Heinz Maier- Leibnitz-Preis der DFG. Foto: Klaus Polkowski Das Innenleben der Mechanismen verstehen: Durch die Röntgenstrukturanalyse einer Enzymstruktur mit gebundenem Substrat molekül versucht Jennifer Andexer zu erkennen, wie das Enzym arbeitet und wie sie es gezielt ändern kann. Foto: AG Andexer, AG Einsle/Universität Freiburg, AG Roach/Universität Southampton Zum Weiterlesen Mordhorst, S., Siegrist, J., Müller, M., Richter, M., Andexer, J.N. (2017): Catalytic alkylation using a cyclic S­Adenosylmethionine regeneration system. In: Angewandte Chemie International Edition, 156, S. 4037–4041. DOI: 10.1002/anie.201611038 Mordhorst, S., Maurer, A., Popadić, D., Brech, J., Andexer, J. N. (2017): A flexible polyphosphate­driven regeneration system for coenzyme A dependent catalysis. In: ChemCatChem, 9, S. 4164–4168. DOI: 10.1002/cctc.201700848 Parnell, A. E., Mordhorst, S., Kemper, F., Giurrandino, M., Prince, J. P., Schwarzer, N. J., Hofer, A., Wohlwend, D., Jessen, H. J., Gerhardt, S., Einsle, O., Oyston, P. C. F., Andexer, J. N., Roach, P. L. (2018): Substrate recognition and mechanism revealed by ligand­bound polyphosphate kinase 2 structures. In: PNAS, 115, S. 3350–3355. DOI: 10.1073/pnas.1710741115

uni wissen 01 2019 29 Besser vernetzt bei Katastrophen Das Projekt Resibes legt Grundlagen für eine effizientere Koordination von Spontanhelfern von Annette Hoffmann schaftler mit einem Team der Universität Pader­ born sowie Technikerinnen und Technikern von IT­Firmen und dem Deutschen Roten Kreuz Frankfurt am Main zusammengearbeitet. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung förderte das Projekt im Rahmen des Programms „Forschung für die zivile Sicherheit“ mit 2,5 Millionen Euro. Denn, so Hälterlein, „das Thema ist poli­ tisch relevant“. Es liege ja im Interesse des Bundes, die Widerstandsfähigkeit der Bevölkerung zu stärken – einerseits, indem die aktive Rolle der Bevölkerung grundsätzlich aufgewertet wird, an­ dererseits durch eine allgemeine permanente Anpassung an instabile und unberechenbare Umweltbedingungen. Kirchen versorgt. 2013 erfolgte der Ruf nach Hilfe über die sozialen Medien. Es gab einen Hashtag „Hochwasser“ bei Twitter, eine Facebook­Seite namens „Elb pegelstand“ und eine Karte „Hoch­ wasserhilfe Dresden“ bei Google Maps. All das diente den Spontanhelfern zur schnellen hierarchie­ freien Vernetzung und Selbstorganisation. „Katastrophenschutz ist in Deutschland hundertprozentig ehrenamtlich organisiert“ Aktive Rolle der Bevölkerung „Katastrophenschutz ist in Deutschland hun­ dertprozentig ehrenamtlich organisiert“, sagt Dr. Jens Hälterlein. Der Soziologe arbeitet am Centre for Security and Society der Albert­Ludwigs­ Universität und hat zusammen mit Dr. Linda Madsen und Prof. Dr. Stefan Kaufmann drei Jahre am Projekt Resibes geforscht. „Resibes“ steht für „Resilienz durch Helfernetzwerke zur Bewäl­ tigung von Krisen und Katastrophen“. Um Hilfsange bote im Krisen­ und Katastrophenfall erfassen und koordinieren zu können, haben die Freiburger Wissenschaftlerinnen und Wissen­ Resibes berührt gleich mehrere paradoxe Sachverhalte: Zwar spricht man seit einiger Zeit von einer Krise des Ehrenamtes, gleichzeitig ist jedoch die Bereitschaft hoch, anderen spon­ tan zu helfen, wenn es nottut. Deshalb stellen un gebundene Helfer für den professionellen Katastrophenschutz grundsätzlich eine wichtige Ressource dar. Sind jedoch zu viele am falschen Ort, kann das kontraproduktiv sein. Schlimmer noch: Begeben sich Spontanhelfer ungeschützt in Gefahrensituationen, kann das für sie selbst wie für andere böse ausgehen. Kein Wunder, dass die Verantwortlichen beim Deutschen Roten Kreuz nach dem Hochwasser von 2013

uni wissen 01 2019 31 Problem, wenn sie absagen müssten, erläutert Hälterlein. Erklärt man sich jedoch bereit zu hel­ fen, kann das Deutsche Rote Kreuz den Einsatz verlässlich koordinieren. Die Kollegen von der Universität Paderborn und den beiden IT­Firmen hätten zudem, führt der Forscher aus, eine inter­ aktive Lagekarte für die Smartphones der Helfer sowie ein Ad­hoc­Netzwerk entwickelt, über das die Organisationen auch dann kommunizieren können, wenn die Mobilfunknetze ausfallen sollten. Erste Ergebnisse und Perspektiven Dass Soziologen in derartige technische Ent­ wicklungen eingebunden sind, ist nicht unge­ wöhnlich. Madsen und Hälterlein haben den Forschungsstand aufgearbeitet und sich ähnliche Projekte angesehen. Das System wurde tech­ nisch an ihre Ergebnisse angepasst. Auch bei Resibes zeigen sich Schwierigkeiten im Umgang mit den sozialen Medien: Einerseits ermöglichen sie ihren Nutzern die Selbstorganisation, anderer seits berührt das System Fragen des Datenschutzes. Was an persönlichen Daten sichtbar ist, müsse klar geregelt sein, macht Hälterlein deutlich. Das Netzwerk wurde bei drei Übungen in Hessen getestet. Es funktionierte technisch einwandfrei und entsprach den Be­ dürfnissen des Projektpartners des Deutschen Roten Kreuzes. Das Problem seien die Spontan­ helfer gewesen, die sich nicht für einen Test registrieren wollten und durch eigens akquiriertes Personal ersetzt werden mussten, resümiert der Wissenschaftler. Das wirft die Frage auf, unter welchen Voraussetzungen freiwillige Helfer kommen, denn das Szenario einer Übung scheint nicht zu reichen. Hälterlein nimmt es sportlich: „Sozio­ logisch gesehen, kann Scheitern interessant sein“, sagt er und sieht grundsätzlichen Forschungsbedarf für die Zukunft, denn jede Technologie habe gesellschaftliche Folgen und sei dadurch für die Soziologie interessant. Dr. Jens Hälterlein ist Akademischer Mitarbeiter am Centre for Security and Society der Albert-Ludwigs- Universität Freiburg. Seit 2016 arbeitet er am Projekt Resibes. Er hat an der Friedrich-Schiller-Universität Jena Soziologie, Politik- wissenschaft und Philosophie studiert und wurde dort mit einer Arbeit über „Die Regie- rung des Konsums“ promo- viert. Anschließend arbeitete er an Forschungsprojekten zu automatisierter Video- überwachung in Potsdam und Berlin. Fotos: Klaus Polkowski www.resibes.de Zum Weiterlesen Hälterlein, J., Madsen, L., Schuchardt, A., Peperhove, R., Gerhold, L. (2018): Integrating volunteers in emergency response: a strategy for increased resilience within German civil security research. In: Fekete, A., Fiedrich, F. (Hrsg.): Urban disaster resilience and security. Addressing risks in societies. Cham, S. 113–128. DOI: 10.1007/978­3­319­68606­6_8 Kaufhold, M.­A., Reuter, C. (2016): The self­oganization of digital volunteers across social media: the case of the 2013 European floods in Germany. In: Homel Secur Emerg Manag, 13/1, S. 137–166. DOI: 10.1515/jhsem­2015­0063 Jenki, M., Ellebrecht, N., Kaufmann, S. (Hrsg.) (2014): Organisationen und Experten des Notfalls. Zum Wandel von Technik und Kultur bei Feuerwehr und Rettungsdiensten. Berlin. Video „Für den Ernstfall gerüstet“: www.pr.uni-freiburg.de/pm/online-magazin/forschen-und-entdecken/fuer-den-ernstfall-geruestet

uni wissen 01 2019 33 Dasein im Dienst der Forschung umgerüstet und wird seither in Frankreich für Parabelfl üge ein­ gesetzt. Auf einer parabelförmigen Flugbahn herrscht für kurze Zeit Schwerelosigkeit an Bord, so genannte Mikrogravitation (µg). Die Freiburger Forscherin benötigt diesen Zustand, der nirgend­ wo auf der Erde simuliert werden kann, um die Züchtung von Kristallen zu optimieren, die vor allem in der Halbleitertechnik Anwendung fi nden. Störende Gravitation Ihre Ausgangsmaterialien sind jeweils Mischun­ gen aus Germanium und Silizium mit unterschiedli­ chen relativen Konzentrationen, die Sorgenfrei bei Temperaturen von 1.000 bis 1.200 Grad Celsius ein­ schmilzt: „Silizium ist ein sehr dankbares Material, das man in struktureller Perfektion herstellen kann und über das schon fast alles bekannt ist, was man braucht, um Modelle zu erstellen.“ Aus der Schmelze bilden sich während der Abkühlung durch Erstar­ rung Kristalle. Für die Untersuchungen ist die Bewegung der Schmelze zum Zeitpunkt der Erstar­ rung von Interesse, da diese Bewegung sich stark auf die Qualität der Kristalle auswirkt. Damit die Kristalle effi zient funktionieren, muss das gewach­ sene Material homogen sein. Solches Material wird zur Herstellung von Computerchips und Solarzellen gebraucht oder auch von Thermoelektrika – das sind Materialien, die Wärme in Strom umwandeln. „Ich möchte auf ein Ziel hin optimieren“ Die Bewegung der fl üssigen Phase, also der Schmelze, kann strukturelle, elektrische, mechani­ sche und optische Eigenschaften der wachsenden Kristalle stark beeinfl ussen. Das Verständnis dieser Prozesse wird mit der zunehmenden Miniaturisie­ rung elektronischer Bauelemente immer wichtiger. Die Schwerkraft der Erde erweist sich bei solchen Untersuchungen als Störfaktor. „Jeder kennt das von zu Hause“, erklärt Sorgenfrei: „Wenn man Wasser in einem Topf auf der Kochplatte erhitzt, wird es unten wärmer als oben. Damit ändert sich temperaturabhängig die Dichte des erhitzten Schwerelose Forschung: Eine Freiburger Kristallo graphin benötigt einen Zustand, der nirgendwo auf der Erde simuliert werden kann, um die Züchtung von Kristallen zu optimieren. Fotos: akebonostock, Serghei Velusceac/stock.adobe.com Montage: Jürgen Oschwald Wenn Dr. Tina Sorgenfrei nach Südwest­ frankreich reist, dann nicht gerade mit leich­ tem Gepäck. Etwa eine halbe Tonne wiegt die wissenschaftliche Ausrüstung, welche die Kristallo­ grafi n vom Institut für Geo­ und Umweltnatur­ wissenschaften der Albert­Ludwigs­Universität und ihr Team schon dreimal zum Flughafen Bordeaux­ Mérignac transportiert haben. „Dabei handelt es sich um einen so genannten Spiegel­ ofen, in dem Proben bei mehr als 1.200 Grad Celsius geschmolzen werden können“, erklärt Sorgenfrei. „Außerdem brauchen wir die Infra­ struktur, um Experimente in Schutzgasatmosphäre durchzuführen, wie auch die automatische Steue­ rung für Experimente und High­Speed­Aufnahmen.“ Das Equipment wird in Bordeaux in einen für wissenschaftliche Zwecke umgebauten Airbus A310 geladen. Die Maschine, ein früherer Kanzler­ fl ieger, wurde 2014 bei der Lufthansa für ein neues

Die Forscherin schmilzt Mischungen aus Silizium und Germanium bei Temperaturen von 1.000 bis 1.200 Grad ein. Während der Abkühlung bilden sich daraus Kristalle. Foto: AG Sorgenfrei/Universität Freiburg 35 Außer Parabelfl üge und Raketen nutzt Tina Sorgenfrei noch anderen Plattformen für ihre Versuche in der Quasischwerelosigkeit. „Wir hatten schon Experimente auf verschiede­ nen Satelliten, und vor einigen Jahren war Freiburg auch an Shuttle­Missionen beteiligt. Unser Professor Dr. Arne Cröll, hatte in Zu­ sammenarbeit mit der University of Alabama und der US­amerikanischen Raumfahrt­ behörde NASA Experimente auf der inter­ nationalen Raumstation ISS. Wir werden wahrscheinlich die Charakterisierung der Proben teilweise davon übernehmen.“ Das rund hundert Jahre alte Wissenschafts­ gebiet der Kristallografi e hat mit der Mikroelektronik und speziell der Halbleiterproduktion starken Auftrieb bekommen. Sorgenfrei hat das Fach in Freiburg studiert und am Freiburger Material ­ f orschungszentrum promoviert. Dieses Jahr will sie ihre Habilitation über die Kristallisation und Materialoptimierung im Einsatzbereich erneuer­ barer Energien abschließen. Die verschiedenen von ihr geleiteten Projekte zielen alle darauf ab, Modelle für die herstellende Industrie zu ent­ wickeln, damit die Züchtung technologisch wichtiger Kristalle optimiert und effi zienter gestaltet werden kann. „Ich mache zwar Grundlagenforschung, die Motivation kommt aber direkt aus den Fragestellungen der industriellen Anwendung. Ich möchte auf ein Ziel hin optimieren.“ Dr. Tina Sorgenfrei hat Mineralogie mit Kernfach Kristallografie und Material- wissenschaften in Freiburg studiert und wurde 2011 mit einer Arbeit über epitaktische Zinkoxid-Schichten am Frei- burger Materialforschungs- zentrum promoviert. Anschließend war sie am Institut für Kristallographie als wissenschaftliche Assis- tentin tätig. Zurzeit arbeitet sie an ihrer Habilitation zum Thema „Grundlegende Un- tersuchungen zur Kristallisa- tion und Materialoptimierung im Einsatzbereich erneuer- barer Energien“. Im Rahmen dieser Untersuchungen star- tete sie auch ihre Forschung unter Schwerelosigkeit. Seit April 2019 vertritt sie die Pro- fessur für Kristallographie und Materialwissenschaften. Foto: Privat Institut für Integrierte Systeme und Bauelemente­ technologie in Erlangen und mit einem Team der US­Raumfahrtbehörde NASA an der University of Alabama in Huntsville/USA zusammen. Die Problematik ist auch Gegenstand ihres nächsten großen Experiments in der Schwere losigkeit, diesmal mit einer ballistischen Rakete, die im November 2019 im nordschwedischen Kiruna ge­ startet wird. „Wir schauen uns das Partikelverhalten dann in einer komplett durchsichtigen Schmelze an, in die wir Partikel einbringen, und verfolgen, wie sie sich unter unterschiedlichen Bedingun­ gen verhalten und wie sich ihre Position verändern lässt“, erläutert Sorgenfrei. Zum Weiterlesen Sorgenfrei, T. (2018): 30 Years of Crystal Growth Under Microgravity Conditions in Freiburg: An Overview of Past Activities. In: Crystal Research and Technology, 53/5. DOI: 10.1002/crat.201700265 Sorgenfrei, T., Hess, A., Zähringer, J., Danilewsky, A., Cröll, A., Egorov, A., Senchenkov, A. (2017): Growth and Characterization of doped Ge crystals under µg and 1g to investigate the infl uence of diff erent convection types. In: International Journal of Microgravity Science and Application, 34/1. DOI: 10.15011//jasma.34.340116 Sorgenfrei, T., Jauß, T., Cröll, A., Reimann, C., Friedrich, J., Volz, M. (2017): The critical growth rate for particle incorporation during the directional solidifi cation of solar silicon under microgravity. In: International Journal of Microgravity Science and Application, 34/1. DOI: 10.15011//jasma.34.340115 Video „Schmelzen in der Schwerelosigkeit“: www.pr.uni-freiburg.de/pm/online-magazin/forschen-und-entdecken/schmelzen-in-der- schwerelosigkeit

uni wissen 01 2019 37 Z u Beginn seines Lebens ist der Mensch noch ein unbeschriebenes Blatt. Schritt für Schritt entwickelt er eine eigene Identität aus dem Wechselspiel seiner angeborenen Eigenschaften mit der Umwelt: Er erkennt, wer er ist und wo er hingehört. Ganz ähnlich ergeht es dem aus einer befruchteten Eizelle nach wenigen Tagen ent­ stehenden Zellhaufen, dessen Bestandteile sich immer weiter ausdifferenzieren, bis daraus ein Embryo entsteht – mit allem, was ein funktionie­ render Organismus braucht: Herz und Gehirn, Haut und Knochen, Darm, Nieren und Leber. Das unbeschriebene Blatt, mit dem alles beginnt, sind hier die ersten Stammzellen des Embryos. Weil sie das Potenzial haben, sich zu jedem der mehr als 200 unterschiedlichen Zelltypen des Körpers zu entwickeln, nennt man sie pluripotente Stammzellen. Woher jedoch wissen Stammzellen, was aus ihnen werden soll und welche Funktionen sie übernehmen sollen? Dieser so genannten zellulären Identität und ihrer Entstehung ist der Entwicklungsbiologe Prof. Dr. Sebastian Arnold mit seiner Arbeitsgruppe auf der Spur. Seit 2017 forscht und lehrt der Mediziner auf der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanzier­ ten Heisenberg­Professur für Regenerative Pharmakologie an der Universität Freiburg. „Wir haben die gesamte Identität der Zellen neu programmiert“ Um zu verdeutlichen, wie sich die Stamm­ zellen schrittweise differenzieren, zeichnet der Forscher eine Art Stammbaum: In hierarchi­ schen Abstufungen gelangen die Zellen immer wieder an Scheidewege, an denen es heißt: entweder links oder rechts – mehr Möglichkeiten gibt es nicht. Das seien die so genannten bimodalen oder binären Entscheidungen, erklärt Arnold. Die erste grundlegende Entscheidung, die zu treffen ist: Entwickelt sich die Stammzelle Richtung Neuroektoderm, kann sie also Teil des Gehirns oder des Zentralnervensystems werden? Oder schlägt sie den Weg zum Meso­ oder Endoderm ein, aus denen unter anderem Muskeln, Knochen und innere Organe entstehen? Eine epigenetische Landschaft Viel Zeit haben die Zellen nicht für ihre ersten Entscheidungen, denn diese werden innerhalb von wenigen Stunden oder gar Minuten getroff en. Und sie sind unumkehrbar. Der einmal einge­ schlagene Weg der zellulären Identität wird das gesamte Leben lang beibehalten. Aber wer oder was ist der Wegweiser und „schubst“ die Zellen auf ihre jeweilige Bahn? Der britische Entwick­ lungsbiologe Conrad Waddington hat dafür das Bild einer epigenetischen Landschaft entworfen, mit Hügeln und Tälern, durch die die sich diffe­ renzierenden Stammzellen vom höchsten Punkt aus hinabrollen. Alle aus einer befruchteten Eizelle hervorge­ henden Stammzellen sind mit derselben DNA als Träger der Erbinformation bestückt. Würden sie einfach ihr genetisches Programm abspulen, kämen sie wohl alle zum gleichen Ziel. Dem ist aber nicht so. „Die DNA wird unterschiedlich be­ nutzt“, sagt Arnold. Einzelne Bereiche werden beispielsweise zelltypspezifisch abgeschaltet. Das lässt sich an Veränderungen des Chromo­ somenmaterials, auch Chromatin genannt, fest­ stellen. „Eine Gehirnzelle“, erklärt der Forscher, „nutzt damit andere Bereiche der Erbinformation als eine Herzzelle.“ Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sprechen von epigenetischen Codes. Diese sind dem genetischen Code und damit der bloßen Basenabfolge der DNA über­ geordnet, weshalb aus Zellen, die allesamt

Der Freiburger Forscher hat Möglichkeiten gefunden, Hautzellen zu Nierenzellen umzuprogrammieren. Foto: Jürgen Gocke 39 Embryo aktiv sind. Sie stoßen die rasche Vermehrung von Zellen an.“ Oder der Sonder­ forschungsbereich 992, Medical Epigenetics, der Chromatinveränderungen bei bestimmten Er­ krankungen auf der Spur ist. Etliche Krankheiten sind laut Arnold darauf zurückzuführen, dass Zellen ihre Identität verlieren. Etwa Herzerkrank­ ungen, bei denen sich der Herzmuskel verdickt und vergrößert. „Die Programme der Zellen werden teilweise in einen fetalen Zustand zurückver­ setzt. Das sollten wir verhindern und versuchen, den Zellen ihre erwachsene Identität zurückgeben.“ Stecknadel im Heuhaufen Wie lassen sich die Erkenntnisse über die Bildung zellulärer Identität nutzen? Während seiner Jahre als Emmy­Noether­Nachwuchsgruppen­ leiter in der Nierenabteilung der Inneren Medizin am Freiburger Universitätsklinikum hat Arnold Möglichkeiten gefunden, Hautzellen zu Nieren­ zellen umzuprogrammieren. Dazu musste er sie nicht einmal, wie der Laie vermuten würde, auf null zurücksetzen, also in embryonale Stamm­ zellen zurückverwandeln. Denn das, so Arnold, komme in der Natur ohnehin niemals vor. Mithilfe von vier Regulatoren, den Transkriptionsfakto­ ren, gelang eine direkte Umprogrammierung: „Wir haben die gesamte Identität der Zellen neu programmiert, was zu Veränderungen der be­ nutzten Gene und der epigenetischen Land­ schaft führt“, erklärt der Forscher. Wer das genetische und epigenetische Gedächtnis im Genom identifizieren und analysieren kann, kann es also auch gezielt manipulieren. Er kann Gene aus­ und einschalten und beobachten, wie sie das Verhalten der Zellen beeinflussen, wo sie passiver, wo aktiver werden. Die richtigen Tran­ skriptionsfaktoren zu fi nden gleicht der berühmten Suche nach der Stecknadel im Heuhaufen. Aus Abertausenden von möglichen Regulatoren wurden mithilfe von Algorithmen 55 geeignete extrahiert. Aus ihnen wurden dann die vier Regulatoren heraus­ gefi ltert, die Haut­ zu Nierenzellen werden lassen. Relevant werden könnte die Grundlagenfor­ schung von Arnold und seiner Arbeitsgruppe beispielsweise bei angeborenen Herzfehlern oder genetisch bedingten Nierenerkrankungen. In der Tumortherapie werde schon „epigenetisch therapiert“, erklärt er. Hoffnungen allerdings, eines Tages könnten ganze Organe auf diese Weise entwickelt werden und den Engpass bei Organspenden beseitigen, möchte der Wissen­ schaftler nicht wecken. Der Weg dorthin sei noch sehr weit angesichts der hohen Komplexität von Organen wie Herz oder Nieren, die aus so unterschiedlichen Zelltypen bestehen. Zum Weiterlesen Kaminski, M. M., Tosic, J., Kresbach, C., Engel, H., Klockenbusch, J., Müller, A.­L., Pichler, R., Grahammer, F., Kretz, O., Huber, T. B., Walz, G., Arnold, S. J., Lienkamp, S. S. (2016): Direct reprogramming of fibroblasts into renal tubular epithelial cells by defined transcription factors. In: Nat Cell Biol, 18(12), S. 1269–1280. DOI: 10.1038/ncb3437 Costello, I., Pimeisl, I. M., Dräger, S., Bikoff, E. K., Robertson, E. J., Arnold, S. J. (2011): The T­box transcription factor Eomesodermin acts upstream of Mesp1 to specify cardiac mesoderm during mouse gastrulation. In: Nat Cell Biol, 13(9), S. 1084–1091. DOI: 10.1038/ncb2304 Arnold, S. J., Robertson, E. J. (2009): Making a commitment: cell lineage allocation and axis patterning in the early mouse embryo. In: Nat Rev Mol Cell Biol, 10, S. 91–103. DOI: 10.1038/nrm2618 Prof. Dr. Sebastian Arnold studierte von 1994 bis 2001 Humanmedizin an der Albert- Ludwigs-Universität Freiburg. Seine Promotions arbeit ver- fasste er am Freiburger Max- Planck-Institut für Immun - biologie und Epigenetik. Von 2004 bis 2008 forschte er als Postdoktorand für Zell- und Entwicklungs biologie an der Universität Oxford/England. Ab 2010 leitete er eine von der Deutschen Forschungs- gemeinschaft geförderte Emmy-Noether-Nachwuchs- gruppe in der Inneren Medizin, Abteilung für Nephrologie des Universitätsklinikums Freiburg, seit 2016 ist er Leiter einer Forschungsgruppe am Institut für Experimentelle und Klini- sche Pharmakologie und Toxikologie der Medizinischen Fakultät der Universität Frei- burg. Arnold ist Mitglied der Freiburger Sonderforschungs- bereiche „Kontrolle der Zell- motilität bei Morphogenese, Tumorinvasion und Metasta- sierung“ sowie „Nierener- krankungen – vom Gen zum Mechanismus“. Er ist Vor- standsmitglied der Spemann Graduiertenschule für Biologie und Medizin und Mitglied der Exzellenzcluster CIBSS – Centre for Integrative Biologi- cal Signalling Studies und BIOSS Centre for Biological Signalling Studies der Univer- sität Freiburg. Seit 2017 ist er Inhaber der Heisenberg- Professur für Regenerative Pharmakologie. Foto: Jürgen Gocke

41 Seminar ohne Grenzen Interkultureller Dialog zwischen den Universitäten Freiburg und Accra von Patrick Siegert Miteinander reden: Webseminare bringen Studierende und Forschende in Ghana und Deutschland zusammen. Illustration: Julien Eichinger/stock.adobe.com Montage: Jürgen Oschwald

43 Dr. Stefan Rother studierte Politikwissen- schaften und Neuere und Neueste Geschichte an der Universität Freiburg und wurde 2012 im Fach Inter- nationale Beziehungen promoviert. Er arbeitete an - schließend am Seminar für Wissenschaftliche Politik, Professur für Internationale Politik, der Universität Frei- burg. Seit Herbst 2018 ist er am Arnold-Bergstraesser- Institut tätig. Er ist Sprecher des Arbeitskreises Migrations- politik in der Deutschen Vereinigung für Politik - wissenschaft. Sein For- schungsschwerpunkt ist die politische Selbstorganisation von Migrantinnen und Migranten und deren Partizi- pation an regionalen und globalen Prozessen der „Migration Governance“ wie zum Beispiel des „Migrations pakts“ der Vereinten Nationen. Fotos: Privat Afrika forscherinnen und ­forschern ge­ staltet, ausgebaut und fördert einen gemeinsamen Austausch auf Augenhöhe. Eine zentrale Rolle für Rothers Arbeit in Accra spielt eine so genannte Interdisciplinary Fellow Group am MIASA, für die er Mit ver­ antwortung trägt. Sie setzt sich aus Wissenschaft­ lerinnen, Wissenschaftlern und Studierenden verschiedener europäischer und afrikanischer Universitäten zusammen. Die internationalen Kolleginnen und Kollegen sitzen „Tür an Tür“, so Rother, und organisieren neben Forschungs­ projekten auch öffentliche Vorträge und interne Diskussions runden. Vom Centre for Migration Studies in Accra ist der Freiburger Politikwissen­ schaftler sehr begeistert: „Hinsichtlich der Lehre und Forschung ist die Einrichtung hochkarätig und international beeindruckend vernetzt.“ Rother hoff t auf eine Fortführung der Kooperation, um gemeinsame Lehrveranstaltungen künftig jährlich anbieten zu können. Für den Freiburger Forscher war der Aufenthalt mit Sicherheit nicht der letzte in Ghana. www.arnold-bergstraesser.de/miasa www.gfmd-blog.com Gleichberechtigte Kooperation zwischen Deutschland und Afrika ist das Ziel von „MIASA“, dem neuen Institut an der Universität Ghana. Ein Freiburger Politikwissenschaftler will die geographische Distanz zwischen Freiburg und Accra überbrücken. Foto: agrus/stock.adobe.com Zum Weiterlesen Rother, S. (2018): Angry birds of passage – Migrant rights networks and counter­hegemonic resistance to global migration discourses. In: Globalizations, 15/6, S. 854–869. DOI: 10.1080/14747731.2018.1472860 Amelina, A., Lutz, H. (2017): Gender, Migration, Transnationalisierung: Eine intersektionelle Einführung. Bielefeld. Rother, S. (2017): Indonesian migrant domestic workers in transnational political spaces: agency, gender roles and social class formation. In: Journal of Ethnic and Migration Studies, 43/6, S. 956–973. DOI: 10.1080/1369183X.2016.1274567

uni wissen 01 2019 45 Kenner der DNA treffen auf Techniker: Studierende der Biologie und der Mikrosystemtechnik üben, ihre jeweiligen Ausbildungshintergründe so zu kombinieren, dass sie Dinge hinbekommen, die eine Fakultät für sich nicht leisten kann. Foto: Artalis-Kartographie/stock.adobe.com D ank der Förderung des neuen Exzellenz­ clusters CIBSS, dem Centre for Integrative Biological Signalling Studies, können Wissen­ schaftlerinnen und Wissenschaftler die in Frei­ burg etablierte Signalforschung weiter ausbauen und damit auch den Studierenden neue Perspektiven eröffnen. „Die Albert­Ludwigs­Universität konnte hervorragend qualifizierte Kolleginnen und Kollegen berufen, dank denen wir hier nun neuartige Lehr­ module zu Themen anbieten können, die nur in Freiburg studiert werden können“, erklärt Wilfried Weber, Professor für Synthetische Biologie am Exzellenzcluster BIOSS, dem Centre for Biological Signalling Studies, und Mitglied des Sprecher­ teams von CIBSS. Während BIOSS sich mit biologischen Signal­ prozessen auf den verschiedenen Ebenen eines Organismus befasst, also untersucht, wie diese auf molekularer oder zellulärer Ebene oder im ganzen Organ ablaufen, kann der neue Cluster CIBSS auf den dabei gewonnenen Erkenntnissen aufbauen. Die beteiligten Forscherinnen und Forscher richten den Blick auf das Zusammenspiel der einzelnen Signalwege. „Wir schauen nicht mehr nur auf das, was auf den verschiedenen Ebenen passiert, sondern möchten verstehen, wie die Signale über diese Ebenen hinweg weitergeleitet werden“, sagt Weber. Die Leitfragen für CIBSS lauten: Wie kann ein Signal, das auf molekularer Ebene innerhalb von Mikro­ sekunden im Bereich von Nanometern erfolgt, lebenslange Auswirkungen haben und große Organismen beeinflussen? „Wie schaffen es die 30 Billionen Zellen in unserem Körper“, erläutert der Biologe, „dass nicht jede Zelle das macht, was sie selbst möchte, sondern so kooperiert, dass alle zu­ sammen einen gesunden Organismus bilden?“ welcher Zelle zu welchem Tag in welcher Minute ab? Um das zu untersuchen, versucht man in Frei­ burg, die Signalwege in einzelnen Zellen gezielt an­ und abzuschalten. „Wir bauen einen molekularen Schalter“, sagt Weber und benennt damit den Punkt der Forschung, an dem auch die Lehre einen großen Sprung nach vorne macht. Denn um in der Zelle einen molekularen Schalter bedienen zu können, muss ein Signal hineingeben werden, auf das der Schalter auch reagiert. Die Freiburg Wissenschaftler setzen hierfür auf die so genannte Optogenetik, die sich damit befasst, wie über Licht genetisch codierte Elemente in den einzelnen Zellen an­ und abgeschaltet werden können. „Wir bauen einen molekularen Schalter“ „Licht kann ich beliebig einsetzen und dosieren: für einen Tag oder zwei Tage, eine Stunde oder eine Millisekunde, und ich kann mit einem Laser punktgenau einzelne Zellen beleuchten. Biologische Kommunikationsprozesse lassen sich so mit einer nie dagewesenen örtlichen und zeitlichen Präzision steuern“, erläutert Weber die Vorteile dieser Tech­ nik. Doch bei der Umsetzung gab es anfänglich eine Reihe praktischer Probleme. „Biologinnen und Biologen wissen in der Regel sehr gut, wie molekulare Schalter zu generieren sind, die auf optische Signale reagieren“, sagt Weber, „aber wie gelangt das Licht präzise dahin, wo es hinsoll? Dafür gab es anfangs keine Beleuchtungseinrich­ tungen. Die mussten wir selbst entwerfen und bauen. Nur sind Biologen dafür nicht ausgebildet.“ „Engineering meets Biology“ Signalwege an- und abschalten Wie können Forschende einen so komplexen Vorgang untersuchen, der damit beginnen mag, dass ein Molekül an den Rezeptor einer Zellwand anbindet, eine Signalkaskade bis zum Zellkern auslöst, wo dann entsprechende Gene an­ und ab­ geschaltet werden? Welche Effekte haben die Kommunikationsprozesse innerhalb einer Zelle auf einen Gewebeverband vieler Zellen? Was läuft bei der Entwicklung von der Eizelle zum Embryo in Da der optogenetische Ansatz eine zentrale Rolle sowohl im BIOSS als auch jetzt im CIBSS spielt, haben die beteiligten Wissenschaftler be­ schlossen, ein gemeinsames Lehrmodul mit der Technischen Fakultät zu entwickeln. „Studierende der Biologie und der Mikrosystemtechnik lernen jeweiligen Ausbildungshinter­ gemeinsam, gründe so zu kombinieren, dass sie Dinge hinbe­ kommen, die eine Fakultät für sich nicht leisten kann“, erläutert Weber die Grundidee für das Profil­ modul „Engineering meets Biology“. Die Studierenden ihre

uni wissen 01 2019 47 „Es braucht Zeit, um eine gemeinsame Sprache zu finden“ pro Semester etwa 25 bis 30 Plätze angeboten, die etwa zu zwei Dritteln von Biologen und zu einem Drittel von Ingenieuren belegt werden: „Wir haben allerdings immer mehr Anmeldungen, als wir an­ nehmen können, und sind jedes Jahr überbucht“, sagt Weber. Aufgrund der unterschiedlichen Prüfungsordnungen, Modulstrukturen und ECTS­ Punkte ist es für die Lehrenden nicht immer ganz einfach. „Da braucht es die Motivation von allen Seiten, um pragmatische Lösungen zu finden“, sagt Weber, „aber das ist uns für unser Modul schon gelungen.“ Prof. Dr. Wilfried Weber ist 2009 als erster W3-Pro- fessor für Synthetische Bio- logie an das Freiburger Zentrum für Biologische Sig- nalstudien (BIOSS) und an das Institut für Biologie II berufen worden. Nach dem Studium der Biochemie in Tübingen und dem Studium an der trinationalen Ecole Supérieure de Biotechnolo- gie in Strasbourg/Frankreich schieb er seine Diplomarbeit bei Novartis. Er wurde an der Eidgenössischen Techni- schen Hochschule (ETH) in Zürich/Schweiz promoviert und habilitierte sich 2009 am Department of Biosystems Science and Engineering der ETH Zürich. Weber ist Mit- glied des Sprecherteams des Freiburger Exzellenz- clusters CIBSS – Centre for Integrative Biological Signal- ling Studies. Foto: Jürgen Gocke Spielwiese zum Forschen: Die Studierenden der Biologie lernen, Beleuchtungs geräte zu konstruieren, mit einem Lötkolben zu arbeiten und Mikrocontroller einzubauen. Foto: Thomas Kunz Zum Weiterlesen Kolar, J., Weber, W. (2017): Synthetic biological approaches to optogenetically control cell signaling. In: Open Biotechnologie, 47, S. 112–119. DOI: 10.1016/j.copbio.2017.06.010 Datenbank zur molekularen Optogenetik: www.optobase.org www.optobase.org Datenbank zu optogenetischen Anwendungen in der Neurobiologie: www.openoptogenetics.org www.openoptogenetics.org

uni wissen 01 2019 49 In der Kinderklinik des Universitätsklinikums Freiburg lernen Medizinstudierende und Auszubildende der Gesundheits- und Krankenpfl ege zusammen – damit sie einander und ihre jeweiligen Aufgaben und Stärken besser verstehen. Foto: exclusive-design/stock.adobe.com Alle Arbeitsschritte des Teams werden anschlie­ ßend sofort nachbesprochen – von den Lernenden untereinander sowie mit ihren so genannten Lern­ begleiterinnen und ­begleitern: Assistenzärzten und Pfl egekräften auf der Station, die für diese Auf­ gabe geschult wurden. „Und jeden Mittag ist eine halbe Stunde fest eingeplant, in der wir gemeinsam refl ektieren, was gut läuft, wo es Verbesserungs­ potenzial gibt und was am nächsten Tag ansteht“, sagt Straub. Sie selbst oder ihr Kollege Bode sind bei diesen Terminen immer dabei. Das ständige gegenseitige Feedback sei eines der zentralen Elemente von IPAPÄD – gerade, weil es im normalen Stationsalltag oft zu kurz komme. Arbeitsalltag mit Patienten Wie dieses gemeinsame Lernen „von­, mit­ und übereinander“, so Bode, auf der interprofessionellen Ausbildungsstation aussieht, schildern er und seine Kollegin am Beispiel eines zweijährigen Jungen, der mit einer obstruktiven Bronchitis in der Kinderklinik liegt: Für die Morgenübergabe setzen sich die Auszu­ bildenden aus der Frühschicht mit den Studierenden ihres Teams zusammen, schauen sich gemeinsam die aktuellen Vitalparameter wie Atemfrequenz und Blutdruck sowie die Medikamentengabe an, und die angehenden Pfl egekräfte berichten, wie es dem kleinen Patienten in der Nacht ergangen ist. Anschließend besuchen sie gemeinsam den Patienten in seinem Zimmer, kontrollieren seine Atmung, die Medizinstudierenden hören ihn ab. „Körperliche Untersuchungen sind ärztliche Kern­ kompetenz“, sagt Bode. Doch im interprofessionellen Team dürfen anschließend auch die Auszubildenden der Pfl ege das Stethoskop in die Hand nehmen und die Atmung des Kindes überprüfen, „um diese Er­ fahrung aktiv zu machen“, erläutert Straub. Es gehe nicht darum, die unterschiedlichen Aufgabengebiete zu vermischen, sondern darum, zu verstehen, was die andere Berufsgruppe wann, wie und warum macht. Hat das zu behandelnde Kind weiterhin Atem­ beschwerden, verordnen die Studierenden im PJ nach Rücksprache mit der ärztlichen Lernbegleitung zum Beispiel eine Inhalation – bleiben aber, anders als in der üblichen ärztlichen Routine, noch im Raum und begleiten die künftigen Pfl egekräfte bei der Anwen­ dung. „So lerne ich als Mediziner, was ich in der Praxis alles beachten muss“, sagt Bode. Zumal ein krankes Kleinkind nicht unbedingt kooperiert und vielleicht auch die verständlicherweise nervösen Eltern viele Fragen stellen. „Auch das ist Teil der gemeinsamen Erfahrung: Sich zu fragen, wer das Kind beruhigt, wer was den Eltern erklärt und wie“, erläutert Straub. Es gehe eben darum, dass die Teammitglieder ge­ meinsam die Verantwortung für den Patienten über­ nehmen. So auch nach der Inhalation: Zusammen hören sie noch einmal den Patienten ab und ver­ schaff en sich einen Eindruck, wie schnell und gut die Inhalation gewirkt hat. „So lerne ich als Mediziner, was ich in der Praxis alles beachten muss“ „Wenn die Visite fertig ist und die Teammitglieder das Zimmer verlassen haben, geben sie sich unmittel­ bar ein arbeitsverbundenes Feedback: Wie war die Kommunikation? Wer hat warum welche Tätigkeiten übernommen?“, sagt Straub. Diese Rückmeldungen würden innerhalb der zwei Wochen zur Routine – und führten zu einer deutlichen Veränderung. „Die Beteiligten geben sich gegenseitig Sicherheit und be­ treuen die Patienten wirklich zuverlässig und selbst­ ständig“, so Bode. Ärzte sowie Pfl egekräfte, die das interprofessionelle Team betreuen, greifen möglichst wenig ein. „Wir stehen quasi mit den Händen auf dem Rücken im Hintergrund“, sagt Bode. „Das war für uns am Anfang gar nicht so einfach.“ Zu den interprofessionellen Lernzielen, die IPAPÄD erreichen will, gehören auch die gemein­ same Diagnostik­, Pfl ege­ und Therapieplanung im Anschluss an die Untersuchung des Patienten sowie eine Verständigung über die jeweiligen Rollen, Expertisen und Verantwortlichkeiten im Team. Es sei wohl kein Zufall, dass das Projekt in der Kinder­ medizin entstanden sei, sagt Bode, denn „die Pädiatrie ist ein sehr kommunikatives Fach“. Die beiden Projektleitenden konnten auf ihren Er­ fahrungen aus den interprofessionellen Lehrver­ anstaltungen und Seminaren aufbauen, die seit

Impressum uni‘wissen, das Forschungsmagazin der Universität Freiburg, erscheint zweimal jährlich. Herausgeber Albert­Ludwigs­Universität Freiburg, der Rektor, Prof. Dr. Hans­Jochen Schiewer Verantwortlich für den Inhalt Nicolas Scherger Leiter Öffentlichkeitsarbeit und Beziehungsmanagement (kommissarisch) Wissenschaftlicher Beirat Prof. Dr. Jürgen Bauhus, Forstwissenschaften Prof. Dr. Ralf von den Hoff, Archäologie Prof. Dr. Gunther Neuhaus, Prorektor für Forschung, Biologie Prof. Dr. Sabine Rospert, Medizin Prof. Dr. Margit Zacharias, Mikrosystemtechnik Redaktion Annette Kollefrath­Persch (verantwortliche Redakteurin) Anschrift der Redaktion Presse­ und Öffentlichkeitsarbeit Albert­Ludwigs­Universität Fahnenbergplatz, 79085 Freiburg Telefon 0761/203­8909 Fax 0761/203­4278 E­Mail uniwissen@pr.uni­freiburg.de Auflage 10.000 Exemplare Gestaltung, Layout Jürgen Oschwald Foto Titelseite: AG Shastri – Universität Freiburg Druck und Herstellung Hofmann Druck, Emmendingen uni'wissen ist klimaneutral auf 100 Prozent Altpapier gedruckt. Das Papier ist mit dem Umweltzeichen „Blauer Engel“ zertifiziert. Vertrieb Stabsstelle Öffentlichkeitsarbeit und Beziehungsmanagement ISSN 2194­8054 © Albert­Ludwigs­Universität Freiburg. Alle Rechte vorbehal­ ten. Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung der Redaktion. Namentlich gekennzeichnete Artikel geben nicht unbedingt die Meinung des Verlags oder der Redaktion wieder. Die Redaktion behält sich vor, eingesandte Artikel zu redigieren und zu kürzen. uni’wissen erscheint online unter www.wissen.uni­freiburg.de