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Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Biologische Forschung an der HHU in hochmodernem Umfeld

Die Biologiegebäude mit ihren rund 22.000 m2 Nutzfläche für Forschung und Lehre sind das größte Neubauprojekt der letzten Jahre an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU). Besonders augenfällig: die Dachgewächshäuser. Die Institute der Biologie und Biochemie arbeiten dort an aktuellen Themen, die verschiedene wichtige Zukunftsfelder betreffen und die ein hohes Anwendungspotenzial haben.

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Blick von Osten auf den nördlichsten Gebäudetrakt 26.14. Auf dessen Dach befinden sich die Forschungsgewächshäuser der Biologie. (Fotos: HHU / Paul Schwaderer)

Im Mai 2020 übergab der Eigentümer des Gebäudes, der Bau- und Liegenschaftsbetrieb NRW (BLB NRW) den insgesamt rund 216 Millionen Euro kostenden Neubau Biologie (Gebäudeverbund 26.14, 26.24, 26.34 und 26.44) an die HHU. Insgesamt 29 Arbeitsgruppen der Biologie und Biochemie sind dort untergebracht. Hinzu kommen zentrale wissenschaftliche Einrichtungen wie das Center for Advanced Imaging (CAi), das die Expertise für die Bildgebung an der HHU zusammenführt, und das Center for Structural Studies (CSS), das als Service für die höchstauflösende Röntgenstrukturanalyse allen Einrichtungen der HHU zur Verfügung steht.

Prof. Dr. Peter Kleinebudde, Dekan der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät, sieht die Forschung an der HHU gestärkt: „Die wissenschaftliche Einrichtung Biologie ist das größte naturwissenschaftliche Fach an der HHU und ist – gemeinsam mit der Biochemie – führend bei der Einwerbung von Forschungsprojekten und Drittmitteln. Es freut mich, dass die Biologie nun geschlossen einen modernen Bau zur Verfügung hat, der die heutigen Anforderungen an Forschungs- und Lehrlabore erfüllt. Aufgrund des dynamischen Wachstums der Biologie ist der Bau trotz seiner Größe bereits voll ausgefüllt.“

„Die Forschung an der Düsseldorfer Biologie ist breit und vielfältig aufgestellt“, so Prof. Dr. Eckhard Lammert, Geschäftsführender Direktor der Wissenschaftlichen Einrichtung Biologie. „Das Themenspektrum beinhaltet unter anderem neben der – nicht zuletzt durch den Exzellenzcluster CEPLAS sehr stark aufgestellten – Pflanzenforschung mit einem Schwerpunkt auf Nutzpflanzen, die Evolutionsbiologie, Genetik, Mikrobiologie, Zoologie, Biochemie, Physiologie, Entwicklungsbiologie, Biotechnologie, physikalische Biologie, Strukturbiologie, theoretische und synthetische Biologie sowie die Datenwissenschaften.“

In der Biologie und Biochemie wird Grundlagenforschung auf höchstem Niveau betrieben, dies beweisen nicht nur der Exzellenzcluster CEPLAS, sondern unter anderem zwei Sonderforschungsbereiche, eine Forschungsgruppe und ein Graduiertenkolleg mit Sprecherfunktion. Darüber hinaus sind in der Biologie der HHU eine Alexander von Humboldt-Professur und mehrere ERC-Grants verortet. In vielen Fällen werden zentrale Zukunftsfelder adressiert, wie die Sicherung der Welternährung, der Klimawandel oder die Bekämpfung von Volkskrankheiten.

Beispiele für die Forschung in der Biologie

Beim Blick von außen auf die Neubauten fallen sofort die beiden Forschungsgewächshäuser auf den zwei Dächern des Gebäudes 26.14 ins Auge. In ihnen arbeiten verschiedene Arbeitsgruppen, die sich unter anderem mit der Nutzpflanzenforschung beschäftigten. Eine davon ist diejenige von Prof. Dr. Petra Bauer, Leiterin des Instituts für Botanik: „Meine Arbeitsgruppe interessiert sich vor allem für die Rolle des Mikronährstoffs Eisen in Pflanzen. Wir untersuchen, wie er durch die Wurzeln aufgenommen und in der Pflanze weiter verteilt und gespeichert wird. Die Mechanismen zu verstehen und gegebenenfalls gezielt beeinflussen zu können, ist wichtig, um besser an Umweltbedingungen angepasste, ertragreiche und gleichzeitig eisenangereicherte gesunde Nahrungspflanzen züchten zu können.“ In speziellen Klimakammern können Pflanzen unter exakt definierten Temperatur-, Feuchte-, Licht- und Bodenbedingungen aufgezogen werden.

Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Benjamin Stich vom Institut für Quantitative Genetik und Genomik der Pflanzen befasst sich vor allem mit Kartoffel und Gerste, von denen verschiedene Experimenten in den Gewächshäusern der HHU stehen. Prof. Stich: „Wir entwickeln Methoden und Strategien, mit denen die Effizienz von Pflanzenzuchtprogrammen gesteigert werden kann. Dazu verfolgen wir zwei Forschungslinien: Zum einen entwickeln wir neue Vorhersagemethoden, mit denen quantitative Eigenschaften neuer Experimentalsorten besser vorhergesagt werden können. Zudem führen wir Experimente durch, um nützliche genetische Diversität für agronomisch relevante Merkmale zu identifizieren und zu vergrößern und dadurch den Selektionsgewinn zu steigern“. Das Institut führt hierfür auch Feldversuche durch, dieses Jahr in Düsseldorf-Himmelgeist. Dazu Dr. Delphine Van Inghelandt, die diese Aktivitäten leitet: „Auf dem Versuchsfeld evaluieren wir auf kleinen Parzellen ca. 4000 verschiedene Experimentalsorten der Gerste. Wir wollen verstehen, wie unter sich ändernden Umweltbedingungen sich das Zusammenspiel der verschiedenen Ertragskomponenten verändert und welche Gene hierzu beitragen. Hierdurch wollen wir unseren Beitrag leisten, Sorten zu entwickeln, die resistent gegen Stressfaktoren sind und stabile Erträge versprechen.“

Prof. Dr. Sebastian Fraune und sein Team arbeiten am Institut für Zoologie und Organismische Interaktionen mit Nesseltieren der Arten Hydra und Nematostella. Er erforscht deren Mikrobiom, also die Gemeinschaft von Wirtsorganismus und von in und mit ihm lebenden Mikroorganismen. Das Mikrobiom kann vielfältige Einflüsse etwa auf die Gesundheit, die Nährstoffversorgung und die Anpassungsfähigkeit des Wirtes haben. Für seine Forschungen werden im Institut auch moderne Meerwasseraquarien installiert, in denen verschiedene Umweltbedingungen eingestellt werden können. Dazu Prof. Fraune: „Nesseltiere sind äußert faszinierend. Wir konnten unter anderem zeigen, dass sich die Tiere mit Hilfe ihres Mikrobioms schnell an steigende Wassertemperaturen anpassen können. In Zukunft wollen wir untersuchen, wie das Mikrobiom den Tieren hilft, bei höheren Wassertemperaturen zu überleben.“

Die Kommunikation von Zellen steht im Fokus des Forschungsteams um Prof. Dr. Simone Prömel vom Institut für Zellbiologie. Diese Kommunikation hat unter anderem Einfluss auf verschiedene Stoffwechselprozesse in Leber, Niere und Bauchspeicheldrüse. Störungen können beispielsweise mit Erkrankungen wie Diabetes mellitus und Adipositas in Zusammenhang stehen. Von besonderem Interesse für die Zellkommunikation sind die sogenannten G-Protein-gekoppelten Rezeptoren, über die Signale über die Zelloberfläche ins Zellinnere weitergegeben werden, was dann Reaktionen in der Zelle auslöst. Prof. Prömel: „Eines unserer Untersuchungsobjekte ist ein unscheinbares Lebewesen, der Fadenwurm C. elegans. Dieser ist einer der Modellorganismen der Biologie, der sehr gut verstanden ist. An ihm können wir deshalb sehr genau sehen, welche Auswirkungen es hat, wenn Änderungen in den Rezeptoren und der Zellkommunikation vorkommen.“ Das Ziel ist, dass die Forschungen langfristig Ansatzpunkte liefern, um Krankheiten zu behandeln, die mit den speziellen Signalmolekülen im Zusammenhang stehen.
 

Für zwei Wochen: WDR-Lokalzeit Düsseldorf Beitrag über die neuen Gebäude als Streaming-Video abrufbar:
Direktlink zum "Lokalzeit Düsseldorf"-Beitrag vom 21.06.2022   (Beitrag startet ab 14:39...)


Die Biologie-Neubauten

Der neue Gebäudekomplex 26.14, 26.24, 26.34 und 26.44 im Süden des HHU-Campus besteht aus drei U-förmigen Baukörpern, die über eine Magistrale miteinander verbunden sind. Dazu gehört außerdem ein im Untergeschoss liegender Wirtschaftshof, an den sich Werkstätten und das zentrale Chemikalienlager anschließen. Das äußere Bild wird durch weiße Fassaden- und Glasflächen dominiert, was dem Komplex eine helle, moderne Anmutung verleiht.

Prof. Dr. Anja Steinbeck, Rektorin der HHU: „Dieser Gebäudekomplex steht für die architektonische Erneuerung des HHU-Campus, dessen Bild bisher vor allem noch die Bauten aus der Gründungsphase in den 1970er-Jahren prägen. Um die in den letzten Jahrzehnten gestiegenen Bedarfe unserer Forschenden und Lehrenden und der rund 34.000 Studierenden zu erfüllen, wird der Campus, nach diesem beeindruckenden Startpunkt, nun Schritt für Schritt umfassend modernisiert und erweitert.“

Der Neubau der Biowissenschaften ist der erste Schritt eines umfangreichen Modernisierungskonzeptes für die Naturwissenschaften an der HHU. Die von den Biowissenschaften freigezogenen Gebäude werden künftig für Neubauten für die Chemie genutzt.

Dr. Sönke Biel, Leiter des Dezernats für Gebäudemanagement der HHU, ergänzt: „Die Hochschulstandortentwicklungsplanung der HHU sieht die sukzessive Modernisierung des gesamten 26er Gebäudebereichs vor, in dem sich neben Biologie und Biochemie auch die Institute der Chemie und Pharmazie befinden. Hiervon profitieren neben der Forschung auch viele Lehrräume, so werden alle zehn Hörsäle im Komplex umfassend modernisiert. Zusätzlich entsteht im Hörsaalgebäude 26.41 eine multifunktional nutzbare Veranstaltungsfläche für die Studierenden in einem ansprechenden Foyer.“

Modernste Gebäudetechnik

Bei der Konzeption des Biologieneubaus wurde großer Wert auf eine hohe Energieeffizienz gelegt. So haben die Gebäude im Vergleich zu den Bestandsgebäuden der HHU einen um 70 Prozent reduzierten Wärmebedarf. Dies ist zum einen auf die erheblich bessere Dämmung der Fassade und damit die geringeren Transmissionswärmeverluste zurückzuführen. Vor allem aber wird die Wärme durch die raumlufttechnischen Anlagen zurückgewonnen.

„Dem generell höheren Strom- und Kältebedarf moderner Laborgebäude begegnete die HHU durch eine besonders energieeffiziente Raumluft- und Kältetechnik, die mit sehr geringen Verlusten arbeitet“, betont Dr. Biel. So wurde beispielsweise das Temperaturniveau der Kälteerzeugung von 6°C auf 12°C angehoben. Hierdurch wird nicht nur weniger Energie zur Kälteerzeugung benötigt, es ermöglicht auch, früher die freie Kühlung durch kalte Umgebungsluft zuzuschalten.

Ein weiterer Aspekt sind die Lüftungsanlagen. Zum einen wurden in ihnen Ventilatoren mit sehr hohem Wirkungsgrad verbaut. Zum anderen dimensionierten die Ingenieure das gesamte Lüftungssystem so, dass möglichst geringe Druckverluste auftreten.

Rahmendaten zum Gebäudekomplex 26.14 bis 26.44

Die Gebäude hat eine Gesamtnutzfläche von rund 22.000 m2, hinzu kommen nochmals fast 18.000 m2 Technik-, Verkehrs- und Sanitärflächen, so dass die Netto-Raumfläche rund 40.000 m2 beträgt. In ihnen befinden sich 202 Büroräume und 142 Labore für mehr als 450 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Hinzu kommen zwei Hörsäle, zwölf Seminar- und zwölf Praktikumsräume für die Lehre sowie neun Pflanzenkammern und 35 klimatisierte Pflanzschränke.  

Die Bauarbeiten im Auftrag des BLB NRW begannen im Jahr 2016 mit der Grundsteinlegung und waren 2020 abgeschlossen. Das gesamte Projektvolumen beläuft sich auf rund 216 Millionen Euro.

Untergebracht im Gebäudekomplex sind unter anderem

  • Büros und Labore der Biologie und Biochemie für insgesamt 29 Arbeitsgruppen;
  • die Geschäftsstelle Biologie und die Fachschaft Biologie;
  • zentrale Einrichtungen wie das Center for Advanced Imaging und das Center for Structural Studies;
  • Dachgewächshäuser auf dem Gebäude 26.14;
  • das Zentrale Chemikalienlager;
  • Mechanik- und Elektronikwerkstätten sowie die Glasbläserei.
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Die neuen Gebäude der Biowissenschaften an der HHU, Blickrichtung Norden. Zu sehen sind die Stirnseiten der insgesamt drei U-förmigen Baukörper.

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Blick auf die Westseite der Neubauten. Zu sehen ist unter anderen das Foyer, das alle drei Baukörper verbindet. Auch fällt der Blick auf die Werkstätten und den Wirtschaftshof im Untergeschoss. Zwischen Neu- und Bestandsbauten erstreckt sich eine begrünte Fläche mit Sitzbänken.

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In der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Sebastian Fraune am Institut für Zoologie und Organismische Interaktionen wird mit Polypen der Art Nematostella vectensis gearbeitet. Das Bild zeigt einen weiblichen Nematostella-Polyp beim Ablaichen. Der Polyp besteht aus einer Fußregion, einem Körperstamm und einer Kopfregion. Der Kopf trägt bei adulten Polypen meist 16 Tentakel, die die dicht besetzt sind mit Nesselzellen. Der Kopf trägt auch die einzige Körperöffnung, die zur Aufnahme von Futter, aber auch der Abgabe von Nahrungsresten und Geschlechtsprodukten genutzt wird. Die Weibchen bilden nach Induktion der sexuellen Fortpflanzung eine gallertartige Masse, in der sie Eier und Nematosomen einbetten. Nematosomen sind kleine Zellkörper, die aus verschiedenen Zellarten zusammengesetzt sind, deren Funktion jedoch noch nicht ganz aufgeklärt ist. Vermutlich dienen sie zum Schutz der Nachkommen. Die Eier werden außerhalb des Körpers befruchtet. (Foto: HHU / Hanna Domin)

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Prof. Dr. Simone Prömels Arbeitsgruppe am Institut für Zellbiologie arbeitet zur Kommunikation zwischen Zellen. Für ihre Forschungen nutzen sie den Fadenwurm (Nematode) Caenorhabditis elegans (kurz C. elegans). Er ist ein beliebter Modelorganismus der Genetik, Neuro- und Entwicklungsbiologie. Das Bild zeigt eine mikroskopische Durchlichtaufnahme eines ausgewachsenen Wurmes mit einer Gesamtlänge von ca. 1 mm. Rechts unten befindet sich der Schlund (sog. Pharynx), mit welchem der Wurm sein Futter, vor allem Mikroorganismen, aufnimmt. Die Nematoden sind transparent, wodurch alle Vorgänge im lebenden Tier beobachtet werden können. Deutlich zu erkennen sind auch die Eier im Bauch des Nematoden. Die Würmer zählen zu den Hermaphroditen, einzelne Tiere können bis zu 250 genetisch identische Nachkommen erzeugen. (Foto: HHU / Victoria Groß)

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Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Benjamin Stich vom Institut für Quantitative Genetik und Genomik der Pflanzen untersuchen unter anderem Gerste. Sie wollen Methoden und Strategien, mit denen die Effizienz von Pflanzenzuchtprogrammen gesteigert werden kann. Unter anderem werden die Eigenschaften verschiedener Gerstesorten verglichen und untersucht, welche Gene für besonders gewünschte Eigenschaften verantwortlich sind. Im Bild wird die Blattbreite bestimmt, die ein Maß für die Photosynthesefähigkeit der Pflanze ist. (Fotos: HHU / Lara Müller)

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Am Institut für Botanik unter der Leitung von Prof. Dr. Petra Bauer wird die Nährstoffaufnahme und damit auch der Nährstoffgehalt von Pflanzen erforscht. Lupinen (links reife Pflanzen mit ausgebildeten Samenschoten, rechts Pflanzen kurz vor der Blüte) haben einen sehr hohen Eiweißgehalt, sie sind deshalb auch für die Ernährung besonders interessant.

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