In einer immer älter werdenden Gesellschaft erforscht der Exzellenzcluster CECAD an der Universität zu Köln die Hintergründe des Alterungsprozesses und alternsassoziierter Erkrankungen. 

Mehr als 400 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität zu Köln, der Uniklinik Köln, der Max-Planck-Institute für Stoffwechselforschung und für Biologie des Alterns und des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) bilden gemeinsam ein hochdynamisches Forschungs-Netzwerk. Die Vision von CECAD ist, daraus neue klinische Therapien für das gesamte Spektrum alternsassoziierter Erkrankungen wie Krebs, Diabetes, Schlaganfall, Nierenversagen oder neurodegenerative Störungen abzuleiten. CECAD bedeutet, neue Synergien durch ein Netzwerk aus innovativen Köpfen und Ideen zu bilden.

Die Entwicklung von neuen Therapien zur Behandlung von altersassoziierten Krankheiten braucht die Grundlagenforschung. Nur wer die molekularen Prozesse erkennt, die die Entstehung einer Erkrankung auslösen, findet Ansatzpunkte für die Forschung, um ein neues Verständnis der alternsassoziierten Erkrankungen zu entwickeln. Haben sich bislang die Neurologen um Demenzen gekümmert, die Kardiologen um Herzerkrankungen und die Onkologen um Tumore, suchen nun die CECAD Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nach gemeinsamen Ursachen der alternsassoziierten Erkrankungen. Die Perspektive ist, einen zentralen Mechanismus der Alternsprozesse zu finden, an dem Wissenschaftler und Mediziner angreifen können.

CECAD verbindet die Grundlagenforschung und die Umsetzung der neuen Erkenntnisse, es entstehen innovative Ansätze für die klinische Forschung. Mit der translationalen Forschung schließt CECAD den Kreislauf zwischen den Disziplinen und bringt Therapien schneller zum Patienten.

Der Cluster of Excellence on Plant Sciences (CEPLAS) wurde in Kollaboration mit der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, dem Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung und dem Forschungszentrum Jülich gegründet und hat sich zur Mission gemacht, neue Paradigmen zur Lösung dringlicher Probleme in der Leistungsfähigkeit und dem Anbau von Pflanzen zu entwickeln. Das soll durch die Optimierung der natürlichen Variation und der Biodiversität gelingen.

Der Forschungszentrum CEPLAS untersucht, wie sich Pflanzen an veränderte Umweltbedingungen anpassen und wie diese Erkenntnisse für die Landwirtschaft von Nutzen sein können. Ziel ist es, die grundlegenden Mechanismen von vier landwirtschaftlich relevanten Merkmalen zu entschlüsseln, die einen starken Einfluss auf das Wachstum, den Ernteertrag sowie die Verwendung von vorhandenen Ressourcen haben. Dies soll die Basis für zukunftsorientierte Nahrungs-, Futter- und Energiepflanzen schaffen und dazu beitragen, der zukünftigen Herausforderung einer ansteigenden Weltbevölkerung und einer gleichzeitigen Verknappung der Rohstoffe entgegenzutreten. CEPLAS wendet einen neuen Ansatz der evolutionären Analyse und synthetischen Biologie an, um innovative Strategien für die ressourcensparende Steigerung der Erträge von Nutzpflanzen zu entwickeln.

Materie und Licht für Quanteninformation (ML4Q) ist ein Exzellenzcluster, das 2019 im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder gegründet wurde, und ein gemeinsames Projekt der Universitäten Köln, Aachen und Bonn sowie des Forschungszentrums Jülich.

Ziel des Clusters ist es, neue Computer- und Netzwerkarchitekturen zu schaffen, die auf den Prinzipien der Quantenmechanik beruhen. Quantencomputer versprechen Rechenleistung jenseits derer aller klassischen Computer (z.B. für Materialforschung, Pharmazeutik oder künstliche Intelligenz). Quantenkommunikation ist abhörsicher, verschlüsselbar und kann helfen, sichere Kommunikationsnetzwerke zu realisieren. ML4Q bündelt dabei die einzigartige Expertise der beteiligten Partner in drei Schlüsseldisziplinen der Physik (Festkörperforschung, Quantenoptik und Quanteninformation), um die beste Hardware-Plattform für Quanteninformations-Technologie und Blaupausen für ein funktionales Quanteninformations-Netzwerk zu schaffen.

Im Kernprofilbereich Quantenmaterien und -materialien (QM2) untersuchen Wissenschaftler aus der Mathematik, der theoretischen und experimentellen Physik, der anorganischen und physikalischen Chemie sowie der Kristallographie gemeinsam neue Materialien und die faszinierenden Quanteneigenschaften von Materie. Die Forschungsthemen spannen dabei einen Bogen von mathematischen Strukturen und physikalischen Theorien bis zur Herstellung neuer Materialien und deren Anwendung. Zum Beispiel werden Nanomaterialien, Graphen, topologische Materiezustände, Spin-Bahn-gekoppelte Systeme untersucht und neue Verfahren im Bereich der organischen Elektronik entwickelt.

Das Exzellenzzentrum Global South Studies Center (GSSC) bringt Forschungsexpertise zu Afrika, Asien und Lateinamerika zusammen. Der Globale Süden ist geprägt von rasanten sozialen, wirtschaftlichen, kulturellen und politischen Veränderungen. Forschende am GSSC möchten die Ursachen und Konsequenzen dieser Veränderungsprozesse verstehen. Beteiligt sind Disziplinen wie Geographie, Kulturanthropologie, Geschichte, Soziolinguistik, Regionalwissenschaften, lateinamerikanische Geschichte, romanische Philologie, Islamwissenschaften, moderne Sinologie und Afrikastudien. Ein besonderer Schwerpunkt des GSSC ist die enge Zusammenarbeit mit Partnerländern des Globalen Südens. Das Zentrum dient als Inkubator für innovative Forschungskollaborationen und bietet Unterstützung für Nachwuchswissenschaftler*innen.

Data structures of immense size and complexity ("big data") play an increasingly important role across a wide range of scientific disciplines. The gain of information from big data requires approaches exceeding the limits of classical statistics and serial computing. Instead, novel tools for the storage, processing, visualization and analysis of data using high-performance computing systems are required. In face of the growing complexity of the underlying models, the development of custom-made algorithms and software solutions is indispensable for the efficient simulation of the problems under consideration. The UoC Center for Data and Simulation Science (CDS), founded in January 2018, addresses these challenges by bringing together scientists from the domain sciences (e.g. natural sciences, life sciences, economics, social sciences, humanities etc.) and researchers with a strong background in data science and scientific computing. The center aims at developing tools with great innovative capacity and shaping novel scientific disciplines, such as high-performance data analytics. The unique strength of the CDS lies in a proven track record of excellent research in various data-intensive scientific domains with great societal impact which is combined with excellent theoretical and technological foundations.

Das Cologne Center for Genomics (CCG) ist ein fakultätsübergreifendes Zentrum für großformatige Genomforschungstechnologie der Medizinischen und der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät. Es befasst sich mit Genomsequenzierung. Das CCG verfügt über die neuesten Geräte und Verfahren zur Gensequenzierung, Genkartierung, Validierung von Genkopiezahlvarianten sowie zur Durchführung von whole genome association studies (Genomassoziierungsstudien). Unter anderem stehen dem CCG zur Erstellung von Genexpressionsprofilen die Plattformen von Affymetrix, Illumina, ABI und Roche zur Verfügung.

CCG ist Teil des West German Genome Center (WGGC), einem von vier nationalen Next Generation Sequencing (NGS)-Kompetenzzentren, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert werden. Das WGGC ist ein Kooperationsnetzwerk von Universitäten und Instituten im Westen Deutschlands mit drei Produktionsstandorten in Köln, Bonn und Düsseldorf. Das Zentrum hat seit seiner Gründung 2019 eine hohe nationale und internationale Sichtbarkeit erlangt. Es macht genomische Sequenzierungstechnologien für die Medizin und die Lebenswissenschaften auf höchstem und international wettbewerbsfähigem Niveau verfügbar.

CologneAMS ist das Zentrum für Beschleuniger-Massenspektrometrie (Accelerator Mass Spectrometry – AMS) an der Universität zu Köln. Ein elektrostatischer Tandem-Beschleuniger mit einer maximalen Spannung von 6 MV und verschiedenen Detektoren zur Ionenanalyse sind seit Ende 2011 am Institut für Kernphysik routinemäßig in Betrieb. Die Probenpräparation (¹⁴C, ¹⁰Be, ²⁶Al, ³⁶Cl) wird am Institut für Geologie und Mineralogie durchgeführt. Das CologneAMS steht nicht nur Wissenschaftlern der Universität zu Köln, sondern auch externen Nutzern zur Verfügung.

Das Zentrum für Molekulare Medizin der Universität zu Köln (CMMC) setzt sich zum Ziel, Forschungsaktivitäten der Medizinischen Fakultät zu stärken und gleichzeitig mit den molekularbiologisch ausgerichteten Forschungsarbeiten der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät zusammenzuführen. Es stellt ein wichtiges Instrument der biomedizinischen Forschungsförderung von klinisch- und grundlagenorientierten Forschungsprojekten dar.