Untersuchungen zur Physik der Polymer-assistierten Kondensation: Ein polymerphysikalisches Konzept zum Verständnis biomolekularer Kondensate.

• Antragsteller: Professor Dr. Jens-Uwe Sommer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525645529

Biomolekulare Kondensate entstehen durch lokale Phasentrennung von Proteinen in Wechselwirkung mit großen Biopolymeren wie RNS oder DNS. Das Verständnis ihrer Entstehung und ihrer Eigenschaften ist intrinsisch mit der Physik von Polymeren in komplexen Lösungsmittelgemischen verbunden. Die Antragsteller haben ein generisches Modell für biomolekulare Kondensate entwickelt bei dem die Phasentrennung eines Lösungsmittelgemisches (Protein-Wasser-Gemisch in biologischen Systemen) durch eine schwache selektive Wechselwirkung mit dem Polymer (DNS oder RNS in biologischen Systemen) hervorgerufen wird. Diese „Polymer-assisted Condensation“ konnte durch Molekulardynamik-Simulationen nachgewiesen werden. Das Modell kann in besonderer Weise grundlegende Eigenschaften von Chromatin-Kondensaten (Heterochromatin) erklären. In diesem Projekt wollen wir mehrere Aspekte der Physik dieser Klasse von Polymer-Kondensaten sowohl mathematisch-analytisch als auch in Computersimulationen untersuchen. Im Fokus stehen hierbei der Einfluss äußerer Kräfte auf das Kondensat, seine Adsorption an Oberflächen, Koaleszenzeffekte, sowie die Verallgemeinerung des Modells auf Systeme mit mehr als zwei Lösungsmittelkomponenten. Die Ergebnisse unseres Projektes sind sowohl für die Biophysik als auch für die klassische Polymerphysik von Interesse. Lösungsmittelgemische können Schaltvorgänge in Polymermaterialien wie Bürsten und Netzwerke ermöglichen, wie in dem gut bekannten „Co-Nonsolvency“ Effekt. Die theoretische Modellbildung soll auf Basis etablierter Freier-Energie Modelle der Mischungen erfolgen, die Molekulardynamik-Simulationen hauptsächlich unter Verwendung vergröberter Modelle für Polymere und Lösungsmittel-Komponenten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr. Holger Merlitz, Ph.D.; Professor Dr. Helmut Schiessel