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.