Forschung

Forschungsschwerpunkte: Theoretische Biophysik, Struktur und Dynamik von biomolekularen Systemen, biomolekulare Simulation

Der österreichische Biophysiker Gerhard Hummer erforscht, wie biologische Systeme auf der molekularen Ebene funktionieren. Er verwendet dazu biomolekulare Simulationen und Modellierung. Das dabei gewonnene Verständnis der molekularen Prozesse in lebenden Zellen ist Basis für neue therapeutische Ansätze und nanotechnologische Anwendungen.

Forschungsschwerpunkte sind der Aufbau komplexer zellulärer Strukturen aus einfachen Bausteinen – von der Assemblierung von Proteinen zur Bildung von Organellen, sowie die Funktionen der biomolekularen Maschinerie – von der Umwandlung von Energie zum Transport von Molekülen und der Übertragung von Signalen. Er nutzt dafür die molekulare Simulation, die integrative Modellierung sowie Methoden der statistischen und computergestützten Physik. Ihm gelang es zum Beispiel zu zeigen, dass Wasser in engen hydrophoben Kanälen einzigartige Eigenschaften besitzt, die auch in biologischen Prozessen genutzt werden: Im nahezu reibungsfreien Fluss von Wasser durch Wasserkanäle, in der Steuerung von Ionenkanälen durch kleinste Änderungen ihres Durchmessers und ihrer Polarität sowie im schnellen Protonentransfer bei der Energieumwandlung und der Übertragung biologischer Signale.

Mit molekularen Simulationen untersucht Hummer die Funktionen von Membranproteinen und ihren Komplexen. Neben der Beschreibung der Mechanismen des Transports durch die Membran rücken zunehmend Auf‐ und Umbauprozesse zellulärer Strukturen in den Fokus seiner Forschung. Beispiele sind der Abbau und die Verwertung zellulärer Bestandteile durch Autophagie oder die molekularen Prozesse in der viralen Infektion. Seine rechnerischen und theoretischen Untersuchungen ergänzen und erweitern die experimentelle Forschung und eröffnen Einblicke in die Funktion der molekularen Funktionsweise lebender Zellen.

Werdegang

• seit 2016 Professor, Biophysik, Fachbereich Physik, Goethe-Universität Frankfurt am Main
• seit 2013 Direktor und Wissenschaftliches Mitglied, Max-Planck-Institut für Biophysik, Frankfurt am Main
• 2006-2013 Chief, Theoretical Biophysics Section, National Institutes of Health (NIH), National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (NIDDK), Laboratory of Chemical Physics (LCP), Bethesda, USA
• 2002-2013 Senior Investigator, NIH, NIDKK, LCP, Bethesda, USA
• 1999-2002 Investigator, NIH, NIDKK, LCP, Bethesda, USA
• 1999 Team Leader, Computational Structural Biology, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, USA
• 1996-1999 Technical Staff Member, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, USA
• 1993-1996 Postdoktorand, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, USA
• 1992 Promotion, Physik, Universität Wien, Wien, Österreich
• 1990 Diplom, Physik, Universität Wien, Wien, Österreich

Funktionen

• seit 2020 Mitglied, Fachkollegium „201 Grundlagen der Biologie und Medizin“, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
• seit 2020 Mitglied, Wissenschaftlicher Beirat, Centre Européen de Calcul Atomique et Moléculaire (CECAM), Lausanne, Schweiz
• seit 2020 Mitglied, Wissenschaftlicher Beirat, Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences, University of Amsterdam, Amsterdam, Niederlande
• seit 2018 Mitglied, Editorial Advisory Board, Chemical Reviews
• seit 2015 Mitglied, Editorial Advisory Board, Structure
• 2014-2015 Mitglied, Board of Reviewing Editors, eLife
• 2014 Mitglied, Editorial Board, Scientific Reports
• 2013-2015 Mitglied, Editorial Board, Journal of Physical Chemistry
• 2012-2015 Mitglied, Editorial Board, Journal of the Royal Society Interfaces
• seit 2011 Mitglied, Editorial Board, Journal of Molecular Biology
• 2011-2015 Mitglied, Editorial Board, Journal of Chemical Physics
• 2010 Chair, Theoretical Chemistry Subdivision, American Chemical Society, USA
• 2008-2014 Mitglied, Editorial Board, Biophysical Journal
• 2007-2014 Editorial Board, Advances in Chemical Physics

Projekte

• 2020-2023 Teilprojekt „Molekulare Prinzipien der ER-phagie“, Sonderforschungsbereich (SFB) 1177, DFG
• 2017-2020 Teilprojekt „The physical basis of autophagosome biogenesis“, Human Frontier Science Programme, International Human Frontier Science Program Organization (HFSPO)
• 2016-2020 Teilprojekt „Atomistische Simulation und Modellierung des aktiven Membrantransports“, SFB 807, DFG
• 2015-2023 Teilprojekt „Molekulare Simulationen von RNA-Faltung und Funktion“, SFB 902, DFG

Auszeichnungen und Mitgliedschaften

• seit 2021 Mitglied, Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina
• 2015 Senior Fellow, Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS)
• 2015 Kenneth S. Pitzer Memorial Lecturer, University of California, Berkeley, USA
• 2010 Raymond and Beverly Sackler International Prize in Biophysics, Tel Aviv University, Tel Aviv, Israel
• 2010 Nancy Nossal Scientific Mentorship Award, NIH, NIDDK, USA
• 2010 Henry S. Frank Lecturer, University of Pittsburgh, Pittsburgh, USA
• seit 2005 Fellow, American Physical Society (APS), USA
• 1993 Würdigungspreis, Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung, Wien, Österreich