SFB 765: Multivalency as Chemical Organisation and Action Principle: New Architectures, Functions and Applications

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Multivalenz ist ein Schlüsselprinzip in der Natur zum Aufbau starker, zugleich aber auch reversibler chemischer Wechselwirkungen zwischen zwei Einheiten, z.B. Rezeptoren und Liganden, Viren und Zellen oder zwischen zwei Zelloberflächen. Multivalente Bindungen basieren auf mehreren simultanen molekularen Erkennungsprozessen und spielen beispielsweise in der Selbstorganisation von Materie, in der Katalyse, und auch bei biologischen Erkennungsprozessen sowie der Signaltransduktion in biologischen Systemen eine entscheidende Rolle. Mit einem fachübergreifenden Forschungsansatz werden im SFB 765 wichtige Fragestellungen zum Thema „Multivalenz“ in der lebens- und materialwissenschaftlich orientierten Forschung bearbeitet. Die gezielte Entwicklung multivalenter Moleküle wird nicht nur zur Hemmung von Entzündungen und Prävention viraler Infektionen genutzt, sondern ermöglicht auch die gezielte Herstellung funktionaler Molekülarchitekturen und Oberflächen-strukturen sowie die kontrollierte Steuerung von Protein¬Ligandinteraktionen. Die chemischen und biologischen Mechanismen und der Einfluss verschieden dimensionierter Gerüstarchitekturen mit einstellbarer Flexibilität, die diesen multivalenten Wechsel¬wirkungen zugrunde liegen, sind bisher nur ansatzweise erforscht worden. In den ersten beiden Förderperioden konnten richtungsweisende Erfolge erzielt werden. So gelang die experimentelle und theoretische Unter¬suchung ausgewählter oligovalenter Bindungssysteme in der Gasphase, in Lösung und an Oberflächen. Die Forschungsarbeiten zeigten auch die Bedeutung von Größe, Form und Flexibilität der Gerüstarchitektur, insbesondere für die flächige Wechselwirkung mit biologischen Systemen. Veranschaulicht wird der Erfolg unter anderem durch die Entwicklung starker multivalenter Inhibitoren mit entzündungshemmender bzw. antiviraler Aktivität.Das tiefergehende Verständnis multivalenter Wechselwirkungen auf allen Längenskalen vom Nano- bis in den Mikrometerbereich ist für die Beantwortung zentraler Fragestellungen und Neuentwick¬lungen im Bereich der Bio- und Materialwissenschaften auch weiterhin von entscheidender Bedeutung. Zur Bewältigung dieser hochkomplexen und langfristigen Aufgabe ist das interdisziplinäre Zusammenwirken von Naturwissenschaftlern mit unterschiedlicher Expertise von der (Bio)Chemie bis hin zur Theoretischen Biophysik notwendig. Durch die Berufungen der letzten Jahre wurden die Bereiche der Organischen und Pharmazeutischen Chemie sowie der Theoretischen Biophysik/Chemie gezielt verstärkt. Der besondere Charme des SFB 765 ist das wohl einmalige Zusammenspiel von chemischer, biophysikalischer und theoretischer Expertise zur Beantwortung biologisch inspirierter Fragestellungen. Nicht nur für die Multivalenz, sondern auch für den SFB 765 gilt weiterhin, dass kooperative Effekte zu einem überproportionalen Gewinn führen. Hieraus entwickelt sich eine neue Qualität des Verständnisses von Multivalenz und stellt dieses auf eine präzise theoretische Grundlage, um damit auch medizinische Fragestellungen, wie z.B. chronische Entzündungen und Pathogen-Infektionen in Zukunft gezielter adressieren zu können. Mit diesen langfristigen und außerordentlich interessanten Forschungsperspektiven will der SFB 765 seine Pionierfunktion in Deutschland wie auch international in der dritten Förderperiode weiter ausbauen.