Das neue Forschungsprojekt IQ-Sense – Integrierte Spinsysteme für Quantensensoren zielt darauf ab, physikalische Größen wie Temperatur, Druck oder elektrische Felder mit bislang ungekannter Präzision messen zu können. Solche Messungen mittels Quantensensoren sind in den Natur- und Ingenieurwissenschaften, aber auch in den Biowissenschaften und der Medizin von grundlegender Bedeutung.

Das Projekt vereint Forschungsgruppen der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) und der Technischen Universität München (TUM). Vertreten sind die Fächer Physik, Chemie, Biowissenschaften und Medizin.

Die Gruppen wollen einerseits die Grundlagen der Quantensensorik erweitern, andererseits auch integrierte Quantensensoren für spektroskopische und bildgebende Anwendungen in der Biomolekular- und Gewebeanalyse entwickeln.

Koordiniert wird das Projekt vom Würzburger Professor Vladimir Dyakonov, Leiter des JMU-Lehrstuhls für Experimentelle Physik 6. Weitere Teilnehmende aus der JMU kommen vom Physikalischen Institut, dem Biozentrum und dem Rudolf-Virchow-Zentrum für Integrative und Translationale Bildgebung.

Freistaat fördert Leuchtturmprojekte für Quantensensoren

Das Bayerische Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst fördert IQ-Sense im Rahmen der Förderinitiative „Leuchtturmprojekte für Forschung, Entwicklung und Anwendungen im Bereich Quantenwissenschaften und Quantentechnologien“. Für das Projekt wurden rund drei Millionen Euro für drei Jahre bewilligt. Die Hälfte davon fließt nach Würzburg.

Wissenschaftsminister Markus Blume: „Wir wollen gezielt interdisziplinäre und hochschulübergreifende Projekte unterstützen, die die Grundlagen für bahnbrechende Innovationen legen können. Innovationen, von denen wir uns heute noch gar nicht vorstellen können, dass es sie gibt.“

Neue Quantenprofessur für Würzburg

Im Rahmen dieser bayerischen Förderinitiative erhält die JMU auch eine neue Quantenprofessur für „Computational Quantum Materials“. Das hat das Ministerium bereits im Juni 2022 bekannt gegeben; das Besetzungsverfahren für die Professur läuft. Beantragt wurde sie von den Professoren Björn Trauzettel und Ralph Claessen.

Der Freistaat finanziert die Einrichtung der neuen Professur an der JMU mit rund 1,5 Millionen Euro über fünf Jahre. Sie wird das Würzburg-Dresdner Exzellenzcluster „ct.qmat – Complexity and Topology in Quantum Matter“ verstärken.

Quelle: Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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Parasitische Würmer sind weltweit ein großes Problem, vor allem in ärmeren Ländern. In tropischen Regionen zum Beispiel leiden Millionen von Menschen an Bilharziose. Im Lauf dieser Infektionskrankheit schädigen die Würmer die Leber und andere Organe. Sogar Krebs können sie auslösen.

Millionen von Menschen sind mit Bandwürmern infiziert. Besonders gefährlich: Hunde- und Fuchsbandwürmer. Ihre Larven setzen sich in der Lunge, der Leber oder im Gehirn fest. Dort wachsen sie, ähnlich wie Tumoren, über Jahre hinweg zu teils handballgroßen Zysten heran. Blindheit, Epilepsie oder Leberversagen können die Folgen sein; ohne Behandlung endet die Infektion in der Regel tödlich.

Gegen diese Erreger gibt es bislang keine Impfstoffe und nur ein sehr begrenztes Repertoire an Medikamenten. Bandwurmzysten etwa lassen sich mit einer lebenslangen Chemotherapie nur in Schach halten. Sobald man mit der Behandlung aufhört, wachsen sie einfach weiter. In Deutschland infizieren sich jedes Jahr rund 50 Menschen mit dem Fuchsbandwurm. Im weltweiten Vergleich erscheint das wenig – was für die Betroffenen aber kein Trost ist.

Wellcome Trust fördert Forschungskonsortium

Ein internationales Forschungskonsortium will nun neue Strategien zur Bekämpfung von Bilharziose und Bandwürmern finden. Der Wellcome Trust, der größte private britische Förderer von biomedizinischer und tierärztlicher Forschung, unterstützt das Projekt: Er fördert die „Initiative zur Erforschung des funktionalen Genoms von Plattwürmern“ mit einem Strategic Award über fünf Millionen Euro. Das Projekt geht voraussichtlich Ende 2015 an den Start und läuft fünf Jahre.

Rund 750.000 Euro von der Fördersumme fließen ans Institut für Hygiene und Mikrobiologie der Universität Würzburg, in das Team des Bandwurm-Experten Professor Klaus Brehm. Das Geld ist hoch willkommen, denn: „In der Infektionsforschung liegen wir mit dem Wissen über Wurmparasiten weit zurück“, so Brehm. Das komme daher, dass das Erbgut der Erreger lange nicht entschlüsselt war. Außerdem fehlen Methoden, um die Genfunktionen der Würmer im Labor zu analysieren. Das aber wäre nötig, um Angriffspunkte für Medikamente oder Impfstoffe zu finden.

Genfunktionen der Würmer untersuchen

Immerhin: Seit 2013 ist die DNA von vier Bandwurmarten entziffert. Brehm war an dieser Arbeit beteiligt. Sie wurde ebenfalls vom Wellcome Trust gefördert und ist im Fachblatt „Nature“ publiziert. „Jetzt müssen wir Methoden entwickeln, mit denen sich die Gene der Würmer manipulieren lassen. Denn man muss ein Gen ausschalten können, um seine Funktion zu verstehen.“

Brehm bezeichnet das Vorhaben als „Hochrisikoprojekt“ – es ist so anspruchsvoll, dass die Wissenschaftler nach der Projektlaufzeit ohne Ergebnis dastehen könnten. „Wenn wir aber Erfolg haben, bringen wir die Forschung auf diesem Gebiet ganz entscheidend voran“, sagt der Würzburger Professor.

Perfekt vor dem Immunsystem getarnt

Die Wissenschaftler haben nicht nur neue Medikamente und Impfstoffe im Blick. Für sie sind vor allem die Zysten der Bandwürmer noch aus einem anderen Grund interessant: Die gefährlichen Gebilde stecken wie perfekt transplantierte Organe im Körper des Menschen, das Immunsystem kann ihnen nichts anhaben.

„Wie schaffen es die Würmer, sich so gut zu tarnen? Wenn wir das herausfinden, könnte das Fortschritte für die Organtransplantation bedeuten“, meint Brehm. Denkbar wäre es, transplantierte Organe entsprechend zu tarnen und sie damit vor dem Angriff des Immunsystems zu schützen. Auch die Behandlung von Allergien und Autoimmunkrankheiten könnte davon profitieren, wenn man versteht, mit welchen Strategien die Würmer das Immunsystem auf Abstand halten.

Die Namen der Projektpartner

Die Federführung des Projekts FUGI (Flatworm Functional Genomics Initiative) liegt bei Professor Karl Hoffmann von der Aberysthwyth University in Großbritannien.

Beteiligt sind außerdem Matthew Berriman (Wellcome Trust Sanger Institute, Großbritannien), Ludovic Vallier (Universität Cambridge, Großbritannien), Professor Christoph Grunau (Universität Perpignan und Centre National de la Recherche Scientifique, Frankreich), Professor Klaus Brehm (Universität Würzburg), James Collins (University of Texas Southwestern Medical Center, USA), und Professor Paul Brindley (George Washington University, USA).

Quelle: Universität Würzburg

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