Max-Planck-Forschungsgruppe Frentz
Systembiologie des Alterns
Der Phänotyp eines Menschen verändert sich im Laufe seines Lebens kontinuierlich. In den frühen Lebensphasen folgen die meisten Individuen sehr ähnlichen phänotypischen Verläufen. In den späten Lebensphasen folgen Populationen bestimmten Alterungsmustern, obwohl sich die Individuen in ihrer Geschwindigkeit des physiologischen und kognitiven Verfalls sowie in ihrer Lebenserwartung erheblich unterscheiden. Die Variabilität der Veränderungsrate entlang des Lebensverlaufs deutet darauf hin, dass sich das biologische Alter bis zu einem gewissen Grad vom chronologischen Alter abkoppeln kann. Diese Entkopplung ist besonders ausgeprägt bei Anpassungen an Energiemangel, wie z. B. dem Ruhezustand. Weniger extreme Veränderungen der Energiezufuhr und des Energieverbrauchs, wie z. B. Kalorienrestriktion und erhöhte körperliche Aktivität, können ebenfalls die offensichtliche Alterungsrate verringern. Unsere Gruppe untersucht, wie gemeinsame Trends und individuelle Unterschiede in der phänotypischen Entwicklung auf molekularer Ebene quantifiziert werden können, wobei der Schwerpunkt auf der Rolle des Energiestoffwechsels liegt.
Wir versuchen, die folgenden Fragen zu beantworten:
- Können wir eine molekulare Uhr für das biologische Alter ableiten, indem wir die phänotypischen Verläufe vieler Individuen auf der Systemebene rekonstruieren?
- Korreliert die Rate des Energieverbrauchs mit der Langlebigkeit auf der Ebene von Organismen, Geweben und Zellen?
- Wie viel Energie setzen Organismen für die grundlegenden Prozesse des Wachstums, der Fortpflanzung, der Erhaltung und der Reparatur ein?
- Führen Störungen der Energieaufnahme und des Energieverbrauchs zu Veränderungen in der Energieverteilung, und sind diese Veränderungen die Ursache für eine veränderte Alterungsrate?
Wir nutzen Ideen und Werkzeuge aus der Molekular-, Zell- und Systembiologie sowie der Physik und Technik und wenden sie auf verschiedene Modellsysteme an, darunter Mikroben, Würmer und kultivierte Zellen.
Ausgewählte Publikationen
Nongenetic individuality, changeability, and inheritance in bacterial behavior
Pleška, M., Jordan, D., Frentz, Z., Xue, B., Leibler, S.
(2021) Proceedings of the National Academy of Sciences 118, no. 13: e2023322118.
Bioluminescence dynamics in single germinating bacterial spores reveal metabolic heterogeneity
Frentz, Z., Dworkin, J.
(2020) Journal of the Royal Society Interface 17, no. 170: 20200350.
Homeorhesis and ecological succession quantified in synthetic microbial ecosystems
Chuang, J. S., Frentz, Z., Leibler, S.
(2019) Proceedings of the National Academy of Sciences 116, no. 30: 14852-14861.
Strongly deterministic population dynamics in closed microbial communities
Frentz, Z., Kuehn, S., Leibler, S.
(2015) Physical Review X 5, no. 4: 041014.