Die Gesundheit und das Wohlergehen von Menschen, Tieren und Pflanzen sowie ein stabiles Klima sind zentrale globale Anliegen unserer Zeit. Das Funktionieren aller Ökosysteme hängt entscheidend von fein ausbalancierten Interaktionen zwischen Mikroorganismen ab, die in miteinander verbundenen Lebensräumen wie Boden, Wasser und dem menschlichen Körper gedeihen. Das Gleichgewicht dieser Mikrobiome ist ständigen Herausforderungen durch umweltbedingte und vom Menschen verursachte Störungen ausgesetzt, die zu Ökosystemverschlechterungen, Ernteverlusten oder Krankheiten führen. Aktuelle Therapien, die nur Symptome mit breit wirkenden Antibiotika adressieren, verschlimmern oft die Situation. Trotz der dringenden gesellschaftlichen Bedeutung gibt es erhebliche Wissenslücken über die molekularen Faktoren, die die Mikrobiomdynamik steuern.

Der Exzellenzcluster Biosystem-Design München (BioSysteM) widmet sich der Schaffung eine lebendigen, interdisziplinären Forschungsumgebung, die einen konstruktiven Design-Ansatz in den Biowissenschaften ermöglicht. Die Entwicklung komplexer molekularer und zellulärer Systeme mit programmierbaren Eigenschaften, die denen von lebenden Organismen ähneln, wird es erlauben, das Leben als Phänomen besser zu verstehen, lebende oder lebensähnliche Materialien mit beispiellosen Fähigkeiten zu erschaffen und die Grundlage einer neuen Generation revolutionärer Anwendungen in den Lebenswissenschaften und der Biomedizin zu legen.

Die Zahl der älteren Menschen nimmt weltweit stetig zu. Der Alterungsprozeß ist der Hauptrisikofaktor für Diabetes, Herz- und Nierenerkrankungen, neurodegenerative Erkrankungen und Hautkrankheiten. Dieser dramatische demografische Wandel stellt die Gesellschaften vor enorme gesundheitliche und sozioökonomische Herausforderungen.

Der Klimawandel und die Verknappung natürlicher Ressourcen gefährden die globale Ernährungssicherheit und die natürlichen Ökosysteme. CEPLAS begegnet diesen Herausforderungen durch Grundlagenforschung zu komplexen Eigenschaften von Pflanzen und ihrer Mikrobiota (Holobionten), die die Anpassung an begrenzte Ressourcen und Umweltveränderungen beeinflussen. Diese Erkenntnisse bilden die wissenschaftliche Grundlage für die Vorhersage und gezielte Veränderungen von Pflanzenmerkmalen und Entwicklung SMARTer Pflanzen mit neuartigen Eigenschaften und verbesserter Umweltanpassung.

Unsere Mission ist es, die molekulare Sprache des Lebens zu verstehen. Wie nehmen Zellen im Körper Signale aus ihrer Umgebung wahr, integrieren diese Informationen, um Entscheidungen zu treffen, und kommunizieren miteinander, um Funktionen im Gewebe zu koordinieren? Durch die Entwicklung neuer Werkzeuge zur Steuerung der Signalübertragung wollen wir Innovationen für Gesundheit und nachhaltige Landwirtschaft vorantreiben.

Die menschliche Gesundheit hängt entscheidend von Mikroorganismen ab, die die Mikrobiome unserer Körperoberflächen bilden. Im gesunden Zustand unterstützen diese kommensalen Mikroorganismen wichtige physiologische Körperfunktionen. Bakterielle Krankheitserreger verursachen hingegen jährlich Millionen Todesfälle, mit steigender Tendenz, aufgrund von Antibiotikaresistenzen und unzureichenden industriellen Antibiotika-Entwicklungsprogrammen. Die Verhinderung der Ausbreitung und Infektion durch antibiotikaresistente bakterielle Pathogene (ARBPs) ist für die Bewahrung medizinischer Errungenschaften des 20. Jahrhunderts essenziell.

Das Verhalten von Kollektiven ist fesselnd und faszinierend zugleich. Aber wie genau kommt es zu den komplexen Choreographien von Vogelschwärmen, der Arbeitsteilung in Insektenstaaten oder der Entstehung menschlicher Trends und Moden?

Trotz Fortschritten in der Behandlung sind Herz- und Lungenerkrankungen weiterhin die führenden Todesursachen weltweit. Die demografische Entwicklung mit zunehmender Alterung der Bevölkerung und neue Risikofaktoren stellen weitere Herausforderungen für die Therapie dieser Krankheiten dar. Ein tiefes Verständnis der zugrundeliegenden, komplexen Veränderungen auf unterschiedlichen Ebenen bietet die Chance, zielgerichtete diagnostische und therapeutische Konzepte zu entwickeln.

Wälder bedecken ca. 30% der globalen Landfläche und erbringen viele essenzielle Ökosystemleistungen (ÖSL), wie die Produktion erneuerbarer Ressourcen, Abmilderung des Klimawandels, Wasserrückhaltung, Förderung der menschlichen Gesundheit und Schutz der biologischen Vielfalt. Angesichts des raschen Klimawandels, neuartiger Störungen und der Neuansiedlung und des Verlusts von Arten entwickeln sich viele Wälder zu neuartigen Ökosystemen, die in der Evolutionsgeschichte keine Entsprechung haben.

Pflanzen sind die Grundlage des terrestrischen Lebens. Um ihr Überleben zu sichern, haben sie wirksame und vielseitige Strategien entwickelt, um Veränderungen in ihrer Umwelt zu meistern, besonders durch Gewährleistung von Robustheit, d. h. die Aufrechterhaltung von Funktionen trotz Störungen. Angesichts des zunehmenden anthropogenen Drucks auf unseren Planeten ist das Verständnis der Mechanismen und Grenzen pflanzlicher Robustheit von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung wirksamer und wissensbasierter Strategien zur Erhaltung pflanzlicher Ökosysteme und zur Sicherung der landwirtschaftlichen Produktivität.

Trotz intensiver Forschung steigt die Zahl an Krebserkrankungen und -todesfällen deutlich. Durch Krebsfrüherkennung können einige Tumore früher erkannt und kurativ behandelt werden, aber insgesamt werden immer noch 25-50% aller soliden Tumore in einem fortgeschrittenen, oft metastasierten Stadium diagnostiziert. Diese sind trotz einer wachsenden Zahl neuer Therapeutika meist unheilbar. Solche Tumorerkrankungen stehen im Mittelpunkt des iFIT-Exzellenzclusters.

ImmunoPreCept leistet Pionierarbeit für einen Paradigmenwechsel in der Medizin, von der Behandlung von Krankheiten hin zur aktiven Erhaltung der Gesundheit. Der Cluster erforscht, wie Immunnetzwerke im Gewebe die Homöostase aufrechterhalten und frühe molekulare Abweichungen in diesen Prozessen Krankheiten vorhersagen. Dadurch werden gezielte Prävention und eine frühzeitige Interzeption bei chronischen Erkrankungen möglich.

Immunologie ist von grundlegender Bedeutung für die Gesundheit des Menschen und damit ein herausragend wichtiges Thema für die Gesellschaft. ImmunoSensation hat sich zu einem führenden Zentrum für Immunologie entwickelt und steht in engem Austausch mit anderen internationalen Institutionen. Mit seinem innovativen wissenschaftlichen Konzept hat ImmunoSensation zahlreiche neue Erkenntnisse, insbesondere auf dem Gebiet der Angeborenen Immunität, beigetragen, und den Begriff immune sensing als anerkanntes Paradigma in der Immunologie geprägt.

LeiCeM ist ein klinisch ausgerichtetes Forschungszentrum für Patienten mit „Metabolischem Syndrom“ (MetS). Der Fokus liegt auf neuen Ansätzen zur Verbesserung des Krankheitsverlaufs und Vermeidung der Folgeerkrankungen (Herzerkrankungen, Schlaganfall, Nieren- und Lebererkrankungen, Neurodegeneration).

Ein wesentlicher Treiber der Klimakrise ist das menschengemachte Ungleichgewicht im Kohlenstoffkreislauf. Im biologischen Kohlenstoffkreislauf spielen Mikroorganismen eine Schlüsselrolle, denn sie haben die Umwandlung von CO2 vor Milliarden Jahren „erfunden“ und unseren Planeten zu einer lebensfreundlichen Welt gemacht. Heute setzen sie global etwa so viel CO2 um wie Pflanzen.

Das Ziel des Exzellenzclusters "Multiscale Bioimaging: Von molekularen Maschinen zu Netzwerken erregbarer Zellen (MBExC)" ist die Entschlüsselung von krankheitsrelevanten Funktionseinheiten von Herz- und Nervenzellen.

Eine der spektakulärsten Verhaltensweisen von Tieren ist ihre Fähigkeit, über enorme Distanzen präzise zu einem Ziel zu navigieren. Die transkontinentalen Flüge winziger Insekten oder die globalen Bewegungen von Milliarden von Zugvögeln - oft zu Orten, die sie noch nie besucht haben - sind bemerkenswerte Leistungen, die bisher kaum verstanden sind. NaviSense verfolgt das Ziel, die Sinnessysteme und Mechanismen zu erforschen, die Tiere zur Navigation nutzen, und zu zeigen, wie diese Mechanismen Technologien inspirieren und sich auf Gesellschaft, Ökologie und Artenvielfalt auswirken können.

Der Fokus unseres Exzellenzclusters liegt auf der Erforschung neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen. Ziel des interdisziplinären Forschungsverbundes ist es, die zugrunde liegenden Krankheitsmechanismen besser zu verstehen und auf dieser Basis neue Therapieansätze zu entwickeln.

Die Nukleinsäureforschung hat in den letzten Jahren bahnbrechende Erkenntnisse über grundlegende Mechanismen der Biologie geliefert. Ursprünglich primär als Träger genetischer Information betrachtet, wissen wir heute, dass Nukleinsäuren darüber hinaus eine aktive Rolle, unter anderem als Katalysatoren enzymatischer Reaktionen, als strukturelle Komponenten makromolekularer Komplexe, als Leit- und Gerüststrukturen, als Regulatoren und sogar als Signalmoleküle und Liganden, spielen können (Nukleinsäuren als „Subjekte“).

PhenoRob steht für die nachhaltige und technologiegetriebene Transformation der Landwirtschaft. Der Exzellenzcluster widmet sich der zentralen Herausforderung, die Nutzpflanzenproduktion effizienter, ressourcenschonender und zugleich nachhaltiger zu gestalten. Ziel ist es, durch den Einsatz modernster Technologien und der Zusammenarbeit eines interdisziplinären Teams, neue Wege für eine zukunftsfähige Nutzpflanzenproduktion zu eröffnen.

Der Exzellenzcluster „Precision Medicine in Chronic Inflammation“ (PMI) erforscht, wie chronische Entzündungen individuell besser verstanden, behandelt und verhindert werden können. Ein Schwerpunkt liegt hier auf der translationalen klinischen Forschung.

Das Team des Exzellenzclusters RESIST setzt sich gezielt für Menschen ein, die besonders anfällig für Infektionen sind. Dazu zählen insbesondere Neugeborene, Seniorinnen und Senioren sowie Personen mit einem geschwächten Immunsystem. Für sie können Viren und Bakterien nicht nur belastend, sondern oft lebensgefährlich sein.

Die zentrale Vision des Exzellenzclusters SCALE (Subzelluläre Architektur des Lebens) ist es, die molekularen Prinzipien zu verstehen, die die innere Organisation von Zellen steuern. SCALE erforscht, wie zelluläre Strukturen entstehen, sich dynamisch verändern und in Gesundheit, Stress oder Krankheit miteinander kommunizieren.

SyNergy – der Münchner Cluster für Systemneurologie – hat ein neues Forschungsgebiet definiert, in dem Systembiologie und systemische Neurowissenschaften auf klinische Neurologie treffen. Unterstützt von den beiden Münchner Exzellenz-Universitäten und fünf Helmholtz- und Max-Planck-Instituten hat dieses langfristige Programm wichtige Erkenntnisse ergeben und dauerhafte Infrastrukturen geschaffen.

Bottom-up Synthetic Immunology: Neue Wege zur Bekämpfung von Infektionen und Krebs. Infektionskrankheiten wie AIDS und Malaria sowie schwer behandelbare Krebsarten wie Pankreas- und Gehirntumore bleiben eine globale Gesundheitsbedrohung. Trotz intensiver Forschung fehlen oft wirksame Präventions- oder Behandlungsmöglichkeiten. Gemeinsam ist diesen Krankheiten, dass sie den Immunmechanismen entgehen, während gezielte Eingriffe in Immunzell-Gewebe-Wechselwirkungen bislang kaum möglich sind und experimentelle Modelle dafür erst entstehen.