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Die Fakultät für Chemie hat sich aktuell folgende Schwerpunkte im Forschungsbereich gesetzt:


Computergestützte Chemie und biomolekulare Simulation

Die Theoretische Chemie trägt zur Charakterisierung von Eigenschaften von Materialien, sowohl im Bereich der biologischen als auch der Materialchemie, und zum Verständnis der Photochemie von organischen und anorganischen Molekülen bei. Um ein Verständnis von Strukturen, spektroskopischen Daten und Reaktivität von Molekülen zu gewinnen, werden quantenchemische Programmpakete angewandt. Die Anwendung hochgenauer Methoden zur Berechnung von Elektronenstrukturen und die Entwicklung von neuen Methoden aus dem Bereich der molekularen Reaktionsdynamik sowie die Verknüpfung dieser beiden Bereiche hat das Ziel, ein grundlegendes Verständnis von chemischen Prozessen und Struktur-Funktionszusammenhängen zu gewinnen sowie diese in Molekülen, biologischen Systemen und in Materialien quantitativ vorhersagen zu können.

Im Rahmen der Biomolekularen Simulation soll die Struktur, Dynamik und Energetik von Biopolymeren unter expliziter Behandlung der Solvatation durch konventionelle wie innovative Lösungsmittel wie zum Beispiel ionische Flüssigkeiten untersucht werden. Ziel ist hier die Analyse von Struktur und Dynamik sowohl einzelner Biomoleküle und ihrer Solvatation als auch die von Protein-Ligand- und Protein-Protein-Wechselwirkungen.

Die Modellierung der Struktur von Biopolymeren und ihrer Funktion in zellulären Netzwerken bildet einen weiteren Fokus. Insbesondere werden Sekundär- und Tertiärstrukturen von RNA-Molekülen, unter Einbeziehung moderner Hochdurchsatzdaten, vorhergesagt. Methoden zum Design funktioneller RNA-Moleküle werden entwickelt und genutzt, um (bio)chemische Reaktionsnetzwerke zu analysieren und zu manipulieren. Die Entwicklung neuer Algorithmen profitiert von der engen Kooperation mit der Fakultät für Informatik.

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Chemie funktioneller und nachhaltiger Materialien

Funktionelle Materialien sind eine wesentliche Grundlage unserer modernen Industriegesellschaft. Dies betrifft zentrale Bereiche wie Energie, Umwelt, Mobilität, Informationstechnologie und Medizin. Daher betreibt die Fakultät für Chemie Grundlagen- und angewandte Forschung an Materialien für neue, umweltfreundliche Technologien, an Polymeren und Verbundwerkstoffen, wie auch an metallischen, halbleitenden, keramischen und Hybridmaterialien sowie Katalysatoren. Ein besonderes Augenmerk wird hierbei auf die Herstellung und Charakterisierung funktioneller Strukturen im Nano- und Mikrobereich und die effiziente Umsetzung der Ausgangsmaterialien zu den gewünschten funktionalen Zielprodukten, unter Vermeidung von Abfall, Minimierung des Energiebedarfs und Verwendung nachwachsender Rohstoffe, gelegt. Zu diesem Zweck kommen vielfältige Synthesestrategien (bottom up und top down) und Charakterisierungstechniken zum Einsatz.

Neben dem Aspekt der grundlegenden Erforschung physikalischer Eigenschaften prägt auch die angestrebte Anwendung wesentlich die Forschungstätigkeiten der Fakultät. Diese umfassen viele der oben genannten Gebiete und spannen daher einen Bogen von innovativen und nachwachsenden Werkstoffen über Katalyse bis hin zur molekularen Erkennung in der Diagnostik. Damit ergeben sich vielfältige Berührungspunkte mit den anderen Forschungsschwerpunkten der Fakultät, die einander so wechselseitig fachlich befruchten.

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Lebensmittelchemie und Physiologische Chemie

Im Fokus der lebensmittelchemischen Forschung und Lehre in den Bereichen Lebensmittelchemie und Physiologische Chemie stehen die Identifizierung funktioneller Lebensmittelinhaltsstoffe, die Aufklärung molekularer Mechanismen entsprechender Komponenten und deren Relevanz im Hinblick auf die Lebensmittelsicherheit. In Österreich ist allein an diesem Standort die kombinierte Fachkompetenz in Lebensmittelchemie und Lebensmitteltoxikologie vorhanden. Im Bereich der Lebensmittelchemie eröffnen sich hinsichtlich Lebensmittelsicherheit und toxikologischer Bewertung neue Synergien z. B. mit der Technischen Universität Wien, der Universität für Bodenkultur Wien und auch der Medizinischen Universität Wien. Insbesondere betrifft dies das Forschungsfeld der Lebensmittelchemie bei der Interferenz von Nahrungsmitteln und Lebensmittelinhaltsstoffen mit Chemotherapeutika sowie die Mykotoxinforschung und das hochaktuelle Feld der Nanotoxikologie.

Im Hinblick auf die Lebensmittelsicherheit werden zelluläre Wirkmechanismen unterschiedlichster Lebensmittelbestandteile (bioaktive Komponenten, Kontaminanten, Nanopartikel) in Systemen des humanen Verdauungstrakts untersucht, wobei ein Spektrum an biochemischen, molekularbiologischen, toxikologischen und analytischen Techniken zur Verfügung steht.

Schwerpunkte der Physiologischen Chemie sind die Identifizierung und Charakterisierung von bioaktiven Lebensmittelinhaltsstoffen sowohl als isolierte Verbindungen als auch als Verbindungen in Lebensmittelmatrices unter besonderer Berücksichtigung der Lebensmittelverarbeitung.

Der Nachweis der Bioaktivität erfolgt in Untersuchungen an isolierten Zellen und im Rahmen von Humaninterventionsstudien unter Verwendung verschiedener Lebensmittelmatrices, wobei auch translationale Ansätze verfolgt werden.

Die zur Anwendung kommenden Techniken erfassen die Bioverfügbarkeit der Zielverbindungen sowie deren Bioaktivitäten auf genregulatorischer (DNA und RNA Expression) und proteinregulatorischer Ebene, ebenso wie Auswirkungen auf das metabolische Profil.

Die Forschungsaktivitäten auf den Gebieten Lebensmittelchemie, Lebensmitteltoxikologie und physiologische Chemie ermöglichen ideale Vernetzungsmöglichkeiten nicht nur innerhalb der Fakultät für Chemie und den Fakultäten für Lebenswissenschaften (Ernährungswissenschaften, Pharmazie, Mikrobiologie), Geowissenschaften und Physik, sondern stärken ganz wesentlich die Kooperationen mit der TU Wien, der Universität für Bodenkultur Wien/IFA Tulln und der Medizinischen Universität Wien.

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Bio- und Umweltanalytik

Die streng molekulare Betrachtungsweise der Chemie strahlt zunehmend in biologisch orientierte Wissenschaften aus und ermöglicht eine Vielzahl neuer Erkenntnisse hinsichtlich der Funktionalität von Biomolekülen, deren Wechselwirkungen miteinander sowie ihrer Umgebung, aber auch deren Synthese. Daraus resultieren sehr komplexe Fragestellungen, die einer hoch leistungsfähigen Analytik bedürfen. Die Fakultät für Chemie genießt in diesem Bereich einen ausgezeichneten internationalen Ruf, der auf jahrzehntelanger, erfolgreicher Forschung im Bereich der Voll- und Schnellanalytik basiert.

Ein Schwerpunkt dabei koppelt Trennverfahren und analytische Methoden zur Bestimmung (zunehmend Massenspektrometrie) möglichst vieler unterschiedlicher Inhaltsstoffe pro Einzelprobe mit extrem hoher Empfindlichkeit. Das ermöglicht gezieltes Screening in Zellsystemen zur Aufklärung funktioneller Zusammenhänge und erfordert sowohl instrumentelle Weiterentwicklungen als auch neuartige Methoden der Bioinformatik. Damit lassen sich beispielsweise Proteine, Peptide und potenzielle Markermoleküle identifizieren und danach exakt quantifizieren. Sowohl Bio-, als auch Umweltanalytik etablieren daher neue Methoden, um neben chemischen Prozessen in der Umwelt die biologische Wirkung von chemischen Substanzen zu erfassen. Auf diese Weise können neue Beurteilungskriterien für die Umwelt- und biologische Relevanz eines Stoffes gefunden werden. Komplementär dazu findet die Entwicklung von Schnellanalytik und Sensorsystemen für begrenztere analytische Fragestellungen statt.

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Synthese und Katalyse

Chemie ist die einzige Wissenschaft, die ständig ihre eigenen Forschungsobjekte generiert. Diese Tatsache wird permanent sowohl in der Natur als auch in der modernen chemischen Industrie genutzt und basiert auf dem gezielten Zusammenfügen von Atomen mittels chemischer Synthesen.

So wird an der Fakultät für Chemie insbesondere die Synthese und chemische Reaktivität von bioaktiven Molekülen erforscht, was die Entwicklung neuer Methoden, maßgeschneiderter chemischer Transformationen sowie die ökonomische Optimierung existierender chemischer Prozesse beinhaltet.

Ein besonderes Augenmerk wird auf die Synthese, Modifizierung und Strukturaufklärung von Naturstoffen wie z. B. Kohlenhydraten, Makroliden, Peptiden und Proteinen gelegt. Dadurch werden gesellschaftsrelevante Anwendungen in der Industrie, in den Lebenswissenschaften und in der Medizin ermöglicht. Da viele dieser Verbindungen chiral sind, erfordern sie die Entwicklung stereoselektiver Synthesemethoden, die eine präzise räumliche Anordnung der Atome eines Moleküls gewährleisten. Weiterhin sollen bei diesen Synthesen sogenannte „atomökonomische“ chemische Reaktionen genutzt werden, um ökologisch verträglichere Synthesewege zu finden. Der Katalyse chemischer Reaktionen kommt hierbei eine besondere Bedeutung zu, da viele chemische Transformationen erst durch die Verwendung von Katalysatoren überhaupt ermöglicht werden. Neue katalytische Transformationen können mehrstufige „klassische“ Reaktionssequenzen unter oftmals deutlicher Verringerung der anfallenden Abfallstoffe (Reagenzien, Lösungsmittel, Nebenprodukte) ersetzen.


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Biologische und Medizinische Chemie

Dieser Schwerpunkt umfasst die Synthese komplexer Natur- und Wirkstoffe sowie die Struktur-Funktionsuntersuchungen von Biomolekülen, angefangen bei kleinen Molekülen bis hin zu verschiedenen Biopolymeren, mit denen sich die Organische, Anorganische, Biophysikalische als auch die Biologische Chemie in funktioneller Hinsicht beschäftigen. Eine Verbindungsklasse basiert auf Koordinationsverbindungen, die in den Tumormetabolismus eingreifen und gezielte Änderungen in der Proteinbiosynthese hervorrufen. Hier werden auch klinische Studien an Tumorpatienten durchgeführt, und es wurden bereits bei Patienten, für die keine therapeutische Option mehr bestand, vielversprechende Ergebnisse erzielt.

Andere Verbindungsklassen werden zugänglich durch die Entwicklung von Synthesen nahezu beliebig großer bioaktiver Verbindungen auf Peptid- und Polymerbasis, die z. B. als antikörperähnliche Moleküle eingesetzt oder für die Aufklärung biochemischer und medizinischer Fragestellungen genutzt werden können. Die Verknüpfung von Peptiden und Proteinen mit anderen Polymeren und Materialien erschließt Anwendungen im Bereich der Medizin als neuartige Therapeutika oder für gezieltes Delivery und in der Biotechnologie.

Aminosäurevorläufer und Bausteine mit neuen Isotopenmarkierungsmustern und posttranslationalen Modifikationen werden für die Proteinsynthese generiert, um Zielproteine gezielt zu modifizieren und für Struktur-Funktionsuntersuchungen zugänglich zu machen. Strukturuntersuchung mittels NMR und Kristallographie werden genutzt, um die Funktion verschiedener Proteine in atomarer Auflösung zu verstehen. Dazu werden auch enzymanaloge Wechselwirkungen an neuen Modellverbindungen studiert.

Die Synthese bioaktiver Kohlenhydrate sowie mit DNA und RNA interagierender Verbindungen erschließt weitere Felder im Bereich der Biologischen und Medizinischen Chemie.

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Fakultät für Chemie
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