Research

Forschungsschwerpunkte: Nanobiosysteme, Experimentelle Biophysik, funktionale Nanostrukturen für Anwendungen in der Medizin und in der Informationsverarbeitung, Zellbiophysik, biomolekulare Maschinen, Protein-DNA-Wechselwirkungen

Hermann E. Gaub beschäftigt sich seit Mitte der 1980er Jahre mit spektroskopischen Methoden, die sich auf ein breites Spektrum wissenschaftlicher Disziplinen anwenden lassen. Er entwickelte mit dem US-Forscher Paul Hansma die Rasterkraftmikroskopie (Atomkraftmikroskopie AFM) weiter, die es ermöglicht, im funktionalen Nanostrukturbereich einzelne Moleküle zu untersuchen.

Inter- und intramolekulare Kräfte spielen im Aufbau und in der Regulation von biologischen Systemen eine entscheidende Rolle. Sie können mittels Atomkraftmikroskopie gemessen werden: Im einfachsten Fall zum Beispiel Wechselwirkungen zwischen zwei Molekülen (ein Rezeptor und sein bindender Ligand). Dazu werden zwei Bindungspartner auf der zu untersuchenden Oberfläche kontrolliert voneinander weg bewegt, bis die Zugkraft abreißt. Durch solche Abrisskraftmessungen können Bindungsraten und -Affinitäten bestimmt werden.

Im Exzellenzcluster „Nanosystems Initiative Munich (NIM)“ nutzt Hermann E. Gaub diese Technik, um zu bestimmen, wie fest DNA-Moleküle an Oberflächen haften. Die Atomkraftmikroskopie ist zurzeit eine der am häufigsten verwendeten Oberflächenanalysemethoden. Sie findet nicht nur in biologischen Systemen auf Nanometerskala Anwendung, sondern auch bei der Untersuchung von Oberflächenbeschaffenheiten beliebiger Materialien. Gaub hat damit der Nanotechnologie wichtige Impulse gegeben und entscheidend zum Verständnis von nanomechanischen Prozessen bei der Entfaltung und Rückfaltung von Proteinstrukturen beigetragen.

Im DFG-geförderten Projekt „On-Chip Expression of Transcription Factors and Force-Based Interaction Analysis with DNA“ forscht Hermann E. Gaub seit 2012 daran, wie Proteine Gene regulieren und welche Wechselwirkungen zwischen Proteinen und Gensequenzen entstehen. In seiner Arbeitsgruppe wird das Rasterkraftmikroskop auch genutzt, um einzelne Biomoleküle nanometergenau an einer bestimmten Stelle abzusetzen („Single-Molecule Cut & Paste“, SMC&P). So können die Forscher am Fließband Nanomaschinen und künstliche Molekülkomplexe auf Chips konstruieren, um biologische Prozesse maßgeschneidert zu messen, die sonst nur in lebenden Zellen ablaufen können. Diese Ansätze haben Potential für den industriellen Einsatz auch in der Informationstechnologie. Hermann E. Gaub hat seine Forschungsarbeiten in einer Vielzahl renommierter Fachzeitschriften veröffentlicht und ist Autor populärwissenschaftlicher Bücher. Durch zahlreiche Forschungspreise wurden seine Entdeckungen und Entwicklungen gewürdigt.

Werdegang

• 2002 Visiting Professor, University of California at Santa Barbara
• 1999 Visiting Professor, Mayo Clinic Rochester
• seit 1995 Professor (C4), Ludwig-Maximilians-Universität München
• 1992 Professor (C3), Technische Universität München, Fakultät für Physik
• 1991 Visiting Scholar, Stanford University, Chemistry Department
• 1991 Venia Legendi, Technische Universität München, Fakultät für Physik
• 1991 Habilitation
• 1988 Visiting Scientist, University of California at Santa Barbara
• 1986 Akademischer Rat, Technische Universität München, Fakultät für Physik
• 1984 Post Doc, Stanford University, Chemistry Department
• 1984 Promotion, Technische Universität München
• 1981 Diplom Physik, Universität Ulm

Funktionen

• 2011 Member, Scientific Council of the Human Frontier Science Program
• 2011 Gewähltes Mitglied der European Molecular Biology Organization (EMBO)
• 2010 Advisory Board Leica Scientific Forum
• 2010 Elected co-chair of the Single Molecule Biophysics Gordon Conference
• 2007 International evaluation board of NanoNed
• 2006 Sprecher des Zentrums für NanoScience
• 2006 Executive board des DFG Exzellenz-Clusters Nano Initiative Munich
• 2006 Mitglied im Kuratorium des Deutschen Museums München
• 2005 Vorstandsmitglied der Fachsektion Nanotechnologie der Dechema
• 2004-2008 Gewähltes Mitglied des Fachkollegiums der DFG
• 2003-2008 Gewähltes Kommissionsmitglied der Deutschen Physikalischen Gesellschaft DPG
• 2003 International evaluation board der Ecole Normale Superieure Paris
• 2002 Sprecher des Sonderforschungsbereichs Nanoman
• 2002 Executive board der EPS division of Physics in Life Science
• 2001 Gründungsmitglied des Center for NanoScience München
• 2000 International referee board des Schweizer Nationalfonds   
• 2000-2004 Gewählter DFG-Fachgutachter Biophysik
• 2000-2003 Wissenschaftsrat Strategische Forschungsförderung

Projekte

• seit 2006 SFB 486 „Manipulation von Materie auf der Nanometerskala”
• DFG-gefördertes Projekt „On-Chip Expression of Transcription Factors and Force-Based Interaction Analysis with DNA“
• Initiative „Integration molekularer Komponenten in funktionale makroskopische Systeme“ für das Vorhaben „Nano-apertures loaded with individual molecules“, gefördert von der Volkswagen Stiftung
• Mitglied der Exzellenzcluster „Nanosystems Initiative Munich“ (NIM) und „Center for Nanoscience“ (CeNS) der Ludwig Maximilians Universität München

Auszeichnungen und Mitgliedschaften

• 2011 ERC Advanced Research Grant
• 2009 Attocube-Wittgenstein Award
• 2004 Mitglied der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina
• 2004 Researcher of the Year, Small Times Award
• 2001 Mitglied der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften
• 2000 Leibniz-Kolleg Potsdam
• 2000 Langmuir Lecture Award der American Chemical Society
• 2000 Munich Business Plan Contest Award (3. Platz)
• 1998 Adjunct Professor at the Jilin University, China
• 1993 Max-Planck-Forschungspreis
• 1991 Heisenberg-Stipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft
• 1987 Gewinner des Wettbewerbs Biowissenschaften der Stiftung Volkswagenwerk
• 1986 Preis der Deutschen Gesellschaft für Biophysik