Forschung & Wissenschaft

Seit mehr als 100 Jahren haben Optik und Photonik die Wissenschaftsstadt Jena geprägt. Heute ist die photonische Grundlagenforschung in Jena am universitären Abbe Center of Photonics (ACP), am Leibniz-Institut für Photonische Technologien (IPHT) und am Helmholtz-Institut Jena (HIJ) konzentriert. Neben internationaler Nachwuchsausbildung werden dabei wissenschaftliche Fragestellungen in den Gebieten Ultraoptik, Starkfeldphysik und Biophotonik verfolgt. Ebenfalls in Kooperation mit dem ACP werden durch das Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) ganzheitliche Lösungen mit Licht zur Bewältigung wichtiger Zukunftsfragen in den Bereichen Energie, Mobilität, Umwelt, Sicherheit, Gesundheit, Kommunikations- und Informationstechnik adressiert. Die Ernst-Abbe-Hochschule forscht anwendungsbezogen auf den Feldern Lasertechnik sowie Optik/Optiktechnologien und bietet zahlreiche Studiengänge in diesen Bereichen an. Durch die enge Verzahnung von Universität, außeruniversitären Forschungsinstituten und lokaler Optikindustrie bildet das Forschungsfeld einen Schwerpunkt der ökonomischen Struktur der gesamten Region.

Die Biophotonik ist ein stark wachsendes, multidisziplinäres Forschungsgebiet, welches sich mit der Erforschung optischer und photonischer Verfahren unter Ausnutzung des gesamten elektromagnetischen Spektrums vom Röntgen- bis hin zum Terahertz-Bereich für die Lebenswissenschaften und die Medizin befasst. Damit ist die Biophotonik eine wissenschaftliche Disziplin von herausragender gesellschaftlicher Bedeutung, da dank ihr Herausforderungen gemeistert werden könnten, wie zum Beispiel die Auswirkungen einer alternden Gesellschaft zu begrenzen, Pandemien zu verhindern und die Gesundheitssysteme zu sichern. Ihre Einsatzgebiete beinhalten u.a. angewandte biomedizinische Grundlagenforschung, insbesondere unter Verwendung von spektroskopischen und bildgebenden Methoden, um Lebensprozesse und die Entstehung von Krankheiten auf molekularer Ebene zu verstehen.

Des Weiteren stehen die Entwicklung von Point of Care-Diagnostik-Ansätzen zur schnellen vor-Ort-Analyse von Körperflüssigkeiten (d.h. miniaturisierte Analytik & Diagnostik in Kombination mit innovativen Mikrofluidik-Konzepten) sowie die klinische Diagnostik, Therapie und Therapiekontrolle (z.B. in der Augenheilkunde, wo biophotonische Methoden bereits sehr gut etabliert sind) im Mittelpunkt des Interesses.

Infektionskrankheiten sind heute die Ursache für ein Drittel aller vorzeitigen Todesfälle. In den letzten Jahrzehnten sind zahlreiche neue Krankheitserreger aufgetreten. Besonders besorgniserregend ist die zunehmende Zahl an Keimen, die gegen die derzeit bekannten Antibiotika resistent sind. Es ist dringend nötig, die Resistenzmechanismen aufzuklären und neue, effektive Therapieansätze zu entwickeln.

Immungeschwächte Patienten, beispielsweise nach Transplantation oder Chemotherapie, sind besonders anfällig für Infektionskrankheiten. Multiresistente Bakterien können dann zum Beispiel zu schweren Lungenentzündungen führen, die nur noch mit wenigen Antibiotika behandelbar sind. Eine genaue und schnelle Diagnostik wird deshalb immer wichtiger. Auch Infektionen durch opportunistische Erreger wie humanpathogene Pilze werden verstärkt zu einem Problem in der Klinik. Hefepilze der Gattung Candida gehören z.B. zu den häufigsten Auslösern ein Pilz-Sepsis. Die Erforschung der molekularen Mechanismen des Infektionsgeschehens und der menschlichen Immunantwort bildet die Grundlage für die Entwicklung neuer Diagnostika und Therapeutika.

Mehrere große Jenaer Forschungsnetzwerke widmen sich den gesamtgesellschaftlichen Herausforderungen von Infektion und Resistenz in einem breiten Ansatz zu deren umfassender Vermeidung, frühzeitiger Erkennung und effektiver Bekämpfung. So arbeiten im neuen Leibniz-WissenschaftsCampus InfectoOptics die Jenaer Forscher daran, neuartige optische Technologien zur Diagnose und Bekämpfung von Infektionskrankheiten zu entwickeln. Beteiligt sind neben dem Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut (HKI) und dem Leibniz-Institut für Photonische Technologien (IPHT) auch die Friedrich-Schiller-Universität, das Universitätsklinikum, die Ernst-Abbe-Hochschule, das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF sowie das Friedrich-Löffler-Institut für molekulare Pathogenese.

Der Erhalt der Lebensqualität älterer und alter Menschen ist, begründet durch den demografischen Wandel, eine der großen Herausforderungen der Gegenwart.

Alternsforschung in Jena adressiert diese Herausforderungen auf mehreren Ebenen: Grundlagenforscher im Bereich der molekularen Alternsforschung und Firmen der biomedizinischen Pharmaforschung arbeiten zusammen mit Medizinern an der Entwicklung und Erprobung von Therapeutika und Interventionsstrategien zur Behandlung und Prävention von altersassoziierten Erkrankungen und Fehlfunktionen.

Geistes- und Sozialwissenschaftler analysieren die psychologischen und sozialen Folgen der alternden Gesellschaft mithilfe individueller und gesellschaftlicher Parameter, um das Gesundheitsverhalten und die Altersvorsorge positiv zu beeinflussen. Im Rahmen einer Pilotregion für altersgerechtes Wohnen sollen exemplarische städtebauliche Lösungen bis hin zu prototypischen Gebäuden für die Postwachstumsgesellschaft entwickelt werden.

Das stetig wachsende Datenvolumen in Energiewirtschaft, Finanzwirtschaft, Wetter, Klima und vielen anderen Bereichen erfordert neue Techniken zur Verarbeitung und Analyse von Daten. Die Informatik in Jena erforscht, entwickelt und produziert solche Techniken für Anwendungen in Medizin, Logistik, Umweltschutz und Biodiversität. Dabei liegen Algorithmik, Bioinformatik, Hochleistungsrechnen, digitale Bildverarbeitung sowie selbstorganisierende Rechen- und Informationssysteme im Fokus der Informatikforschung an der Friedrich-Schiller-Universität bzw. der Ernst-Abbe-Hochschule Jena.
Komplementiert wird die Forschung durch Wirtschaftsunternehmen in Jena wie z.B. Intershop AG, Carl Zeiss AG, Jenoptik AG, ORISA GmbH, Ibykus GmbH, ams AG und die DAKO Firmengruppe, die in engem Kontakt mit beiden Hochschulen stehen. Beispiele für erfolgreiche Ausgründungen aus den Hochschulen sind TAF mobile GmbH und Navimatix GmbH.

Mikroorganismen stehen in ihren natürlichen Lebensräumen in ständigem Austausch mit anderen dort vorkommenden Mikroben und mit höheren Organismen – sei es in friedlicher Symbiose, als Nahrungskonkurrenten oder als Krankheitserreger. Die sich daraus ergebenden Wechselwirkungen werden durch unterschiedliche chemische Signale reguliert: Zumeist handelt es sich um kleine Moleküle, die von den Mikroorganismen produziert werden und der Kommunikation dienen. Diese Substanzen können sowohl als Lockstoffe als auch zur Abschreckung anderer Organismen dienen, oder sie nehmen die Rolle eines Virulenzfaktors an.

Die Erforschung mikrobieller Kommunikation und ihrer molekularen und biochemischen Grundlagen ist von großer Bedeutung, beispielsweise für das Verständnis von Ökosystemen, von Erreger-Wirt-Beziehungen bei Infektionskrankheiten wie auch in der Landwirtschaft zur Bekämpfung von Pilz- und Schädlingsbefall und zur Identifizierung neuer, pharmakologisch wirksamer Substanzen.

Organismen produzieren eine Vielzahl von Substanzen, die zur Kommunikation mit ihrer Umwelt oder als Abwehrstoffe gegen Eindringlinge dienen. Für Bakterien und Pilze stellen diese als Naturstoffe bezeichneten Moleküle beispielsweise ein Mittel dar, sich gegen feindliche Mikroorganismen zu verteidigen. Auf Grund ihrer antimikrobiellen Wirkung können diese Substanzen als Grundlage für neue Medikamente dienen.

Auch an der Auslösung von Infektionskrankheiten sind zahlreiche Naturstoffe beteiligt, sie wirken toxisch oder beeinflussen das Immunsystem. Pflanzen wiederum verfügen über eine sehr breite Palette an biologisch aktiven Inhaltsstoffen in Wurzel, Spross und Blättern, dank derer sie Schädlinge aller Art erfolgreich abwehren oder ihre Arterhaltung sichern, insbesondere durch das Anlocken von Bestäubern.

Die komplette Entschlüsselung vieler Genome zeigt, dass das Potenzial von Organismen zur Naturstoff-Produktion noch weitaus größer ist als bislang angenommen – viele Substanzen sind noch nicht identifiziert oder gar deren Wirkung überprüft. Wissenschaftler in Jena nutzen modernste mikrobiologische, genetische und biochemische Methoden, um diese Substanzen zu isolieren, zu analysieren und derart zu optimieren, dass sie für den Menschen nutzbar werden.

Die Entwicklung neuer Materialien und Biomaterialien sowie deren Charakterisierung, Strukturierung und zielgerichtete Anwendung bilden die Aufgaben des Forschungsschwerpunktes. Im  Fokus des Interesses sind dabei synthetische Makromoleküle, Polysaccharide, nanostrukturierte Sensoren und Nanomaterialien ebenso wie die Herstellung von synthetischen „Minimalzellen“ oder Aspekte moderner Methoden und Verfahren in der Glas- und Polymerchemie. Neben materialwissenschaftlichen und chemischen Aspekten werden vertiefend die Anwendbarkeit der erhaltenen Architekturen in biologisch-medizinischer, aber auch physikalisch-optischer Hinsicht untersucht.

Gliederung des Forschungsschwerpunktes:

Die Fachgebiete der Feinwerk-, Mikro-, Nano- und Oberflächentechnik gewinnen durch die immer komplexer werdenden Anforderungen an Materialien und Systeme zunehmend an Bedeutung. Die Oberflächen der Komponenten können als ein Grenzbereich zu den Volumeneigenschaften gezielt funktionalisiert werden. Dabei wird die in Jena vorhandene Expertise in den Fachgebieten der Physik, Chemie, Materialbearbeitung und Feinwerktechnik vereint. Die behandelten Fragestellungen sind sehr vielfältig und in den Bereichen der Bionik, Halbleitertechnologie, Mikrosystemtechnik, Oberflächenvergütung oder der ultrapräzisen Bearbeitung angesiedelt. Präzisionsbaugruppen und allgemeine Materialien werden für verschiedene Anforderungen der mechanischen Belastung, elektrischen oder optischen Funktionen, Grenzflächen- oder Barrierewirkung optimiert.

Die Erforschung der Biodiversität trägt entscheidend zum Verständnis biologischer Prozesse in globalen Stoffkreisläufen bei. Wissenschaftler verschiedener Institute der FSU decken hierbei ein breites Spektrum von der Ökologie höherer Organismen und Mikroorganismen bis hin zur Biodiversitätsinformatik ab. In institutsübergreifenden Projekten werden die Effekte pflanzlicher Biodiversität in Langzeitexperimenten sowie die funktionelle Biodiversität unterirdischer Lebensräume untersucht. Die Forschungsarbeit erfolgt in enger Kooperation mit dem Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig.

Biodiversität und Ökosysteme werden entscheidend durch Klimaveränderungen beeinflusst, und umgekehrt. Eine wichtige Rolle spielen hier beispielsweise die als atmosphärische Treibhausgase wirksamen Verbindungen Kohlendioxid, Methan, Lachgas und Wasserdampf, deren Stoffkreisläufe am Max-Planck-Institut für Biogeochemie erforscht werden.

Chemische Ökologie untersucht Substanzen und Signalstoffe, die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen, Tieren und Mikroben steuern. Lebewesen kommunizieren über chemische Signale miteinander: Insekten produzieren Pheromone, um ihre Artgenossen auf sich aufmerksam zu machen oder zu warnen. Pflanzen geben bei Befall durch Fraßfeinde Duftstoffe an ihre Umgebung ab, die die Feinde ihrer Feinde anlocken. Wenn Insekten Duftstoffe von Blüten, Blättern oder anderen Tieren wahrnehmen, kann dies ihr Verhalten beeinflussen. Mikroorganismen, wie beispielsweise symbiotische Bakterien, spielen bei vielen dieser Wechselwirkungen eine wichtige Rolle. Neue Erkenntnisse über Entwicklung, Verhalten, Fortpflanzung und Ko-Evolution der verschiedenen Lebensformen werden für Umweltforschung und Agrikultur genutzt.

Seit Ende der 90er-Jahre zeichnet sich die Friedrich-Schiller-Universität Jena durch hochrangige Forschungsprojekte (EU, DFG, …) zur disziplinären und interdisziplinären Erforschung des sozialen und ökonomischen Wandels aus. Im Forschungsschwerpunkt Menschen im Sozialen Wandel werden diese Aktivitäten seit 2008 koordiniert. Heute ist Jena ein international anerkanntes Forschungszentrum zu Fragen, wie Menschen mit Veränderungen im Zuge der Globalisierung, des technologischen und demographischen Wandels umgehen und dabei entstehende Probleme bewältigen. Renommierte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Psychologie, Soziologie, den Wirtschafts-, Rechts-, Politik- und Kommunikationswissenschaften sowie der Angewandten Ethik fügen eigene, aber auch komplementäre Sichtweisen zusammen, um so gemeinsam vertiefende Einsichten in die Zusammenhänge zwischen individuellem Verhalten und strukturellen Veränderungen zu gewinnen. Neben einer Vielfalt von gemeinsamen Forschungsprojekten wird im Forschungsschwerpunkt vor allem der Ausbildung von Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern sehr hohe Bedeutung zugemessen.

Jena und Weimar sind das Zentrum der „deutschen Klassik“ um 1800, die als Zusammenspiel von Aufklärung und Romantik Grundlagen unserer gegenwärtigen Kultur bildet. Das Jenaer „Forschungszentrum Laboratorium Aufklärung“ mit der „Forschungsstelle europäische Romantik“ setzen im interdisziplinären Dialog Gegenwartsfragen und –probleme mit dieser Formationsphase der modernen Gesellschaft in Beziehung und zielen darauf, die klassischen Erinnerungsorte Deutschlands zu aktuellen Diskussionsorten einer historisch informierten Gegenwartsdiagnose zu machen.

Hierzu gehört auch die Selbstaufklärung moderner Gesellschaften über ihre Vergangenheit. Nach den Erfahrungen von Krieg, Diktatur und Völkermord bildet sie eine der Grundvoraussetzungen der Demokratie. Das „Jena Center Geschichte des 20. Jahrhunderts“ und das „Imre Kertész Kolleg Jena“ erforschen in enger Zusammenarbeit mit den Gedenkstätten Buchenwald und Mittelbau-Dora die deutsche und europäische Zeitgeschichte mit besonderem Augenmerk auf die Geschichte des Nationalsozialismus und die Diktaturen des 20. Jahrhunderts und ihren Nachwirkungen auf die Gegenwart.