Prof. Dr. Frauke Gräter

Forschungsschwerpunkte:  Biomaterial, mechanische Sensoren, rechnergestützte Biochemie and Biophysik, molekulardynamische Simulationen 

Frauke Gräter ist eine deutsche Chemikerin, die an der Schnittstelle von Molekularbiologie, Physik und mathematischer Modellierung arbeitet. Sie untersucht, wie biologische Systeme mechanische und chemische Reize erfassen und in funktionale Antworten umsetzen – Fragen, die für Medizin, Materialwissenschaft und Technik gleichermaßen interessant sind. Sie verbindet physikalische Simulationen, Künstliche Intelligenz und experimentelle Ansätze, um nachzuvollziehen, wie Biomoleküle Signale aus ihrem Umfeld aufnehmen, verarbeiten und über komplexe Signalwege weitergeben.

Im Zentrum von Frauke Gräters Arbeiten steht die Rolle von Biomolekülen als Sensoren. Proteine und andere Makromoleküle reagieren auf äußere Einflüsse, indem sie ihre Struktur gezielt verändern. So gewinnen Kollagenfasern unter Zug an Stabilität, während die Blutgerinnung durch das Zusammenspiel von Gerinnungsfaktoren präzise gesteuert abläuft. Frauke Gräter konnte zeigen, dass diesen Anpassungen mechanochemische Kopplungen zugrunde liegen: Physikalische Kräfte lösen direkt chemische Reaktionen aus. Diese Prozesse reichen von einzelnen kovalenten Bindungen bis zu komplexen Geweben.

Ein Schwerpunkt von Frauke Gräters Forschung liegt auf sogenannten Mechanoradikalen. Gemeinsam mit ihrem Team konnte sie nachweisen, dass gedehnte Proteinmaterialien durch das gezielte Aufbrechen kovalenter Bindungen Radikale bilden. Solche hochreaktiven Spezies waren lange vor allem aus synthetischen Polymeren bekannt. Ihr Auftreten in biologischen Strukturen eröffnet neue Perspektiven auf die Chemie lebender Materie. Am Beispiel von Kollagen entdeckte Frauke Gräter zudem, dass bestimmte Bindungen als „Opferbindungen“ wirken: Sie brechen bevorzugt unter mechanischer Belastung und bestimmen sowohl die Materialeigenschaften als auch die Radikalbildung. Mechanischem Stress, oxidativen Prozessen und Gewebealterung liegen also die gleichen Prozesse zugrunde.

Methodisch verfolgt Frauke Gräter einen interdisziplinären Ansatz. Sie verknüpft experimentelle Daten mit molekulardynamischen Simulationen und entwickelt rechnergestützte Werkzeuge, um chemische Reaktionen in großen Biomolekülen zugänglich zu machen. Mit dem Reaktionsemulator „KIMMDY“ hat Frauke Gräter eine Plattform etabliert, die Bindungsbrüche und Reaktionspfade unter realistischen Bedingungen effizient nachbildet. Darauf aufbauend nutzt Frauke Gräter Deep-Learning-Verfahren, um Proteinsequenzen und -strukturen gezielt zu entwerfen. So entstehen Biomaterialien, deren mechanische und chemische Eigenschaften sich vorhersagen und steuern lassen.

Frauke Gräters Arbeiten tragen zu einem vertieften Verständnis molekularer Sensorik bei und eröffnen zahlreiche neue Anwendungen. Die Chemikerin hat neue Einsichten in das Zusammenspiel von Mechanik und Chemie in lebenden Systemen eröffnet und so das Verständnis von Materie unter Belastung deutlich erweitert. Diese Erkenntnisse schaffen die Grundlage für Biomaterialien, die mechanische Reize gezielt in biochemische Signale übersetzen, etwa in der regenerativen Medizin oder im Tissue Engineering.