frohe weihnachten und ein glückliches neues jahr 2014! - Österreich ...

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

ÖSTERREICH JOURNAL NR. 126 / 23. 12. 2013 Wissenschaft & Technik Eiskalte Methoden entschlüsseln bakterielle Infektionssysteme Bakterien verfügen über einen effizienten Infektionsapparat. Sie bauen bei einer Attacke eine große Zahl nadelartiger Fortsätze auf, über die sie ihre Wirtszellen infizieren. Auf Grundlage des Wissens um den exakten Bauplan dieser Strukturen haben Wiener Forscher nun erstmals sichtbar gemacht, wie die Giftstoffe in die Zellen eingeschleust werden. Ihre Erkenntnisse können helfen, neue Medikamente gegen bakterielle Infektionen zu entwickeln. Beim Befall von Körperzellen injizieren Bakterien, wie etwa Salmonellen oder Yersinien (Pesterreger), spezifische Signalstoffe durch hohlnadelartige Strukturen in die Wirtszellen. Diese Stoffe programmieren die Zellen um und können so deren Abwehr überwinden. Danach haben die Krankheitserreger leichtes Spiel. Sie können ungehindert in großer Zahl in die Zellen eindringen und Krankheiten wie Typhus, Pest oder Cholera auslösen. Bis dato war jedoch ungeklärt, wie die Signalstoffe den Infektionsapparat passieren, ehe sie die Abwehr der Körperzellen überwinden und so das Eindringen der Bakterien ermöglichen. In seinen früheren Arbeiten konnte Thomas Marlovits, Professor für Strukturund Systembiologie und Gruppenleiter am Wiener Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) der österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und am Institut für Molekulare Pathologie (IMP), die Struktur dieses Infektionsapparats, des sogenannten Typ-3 Sekretionssystems (T3SS), mithilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie im nahezu atomaren Bereich auflösen. Jetzt ist es den Forschern erstmals gelungen, den gesamten Transportweg der Giftstoffe durch den Infektionskanal in Salmonellen sichtbar zu machen. Foto: Kulcsar/Marlovits (IMP/IMBA) Es ensteht eine dreidimensionale Rekonstruktion aus mehreren tausend Einzelbildern, um so Form und Aussehen des isolierten Infektionsapparates bis ins kleinste Detail darzustellen. Eiskalte Technologien Für seine Forschungsarbeit verwenden Thomas Marlovits und sein Team ein hochauflösendes Kryo-Elektronenmikroskop mit einer eigens entwickelten, bildgebenden Software. mit Hilfe des in Österreich einzigartigen Mikroskops zur Strukturanalyse biologischer Proben werden isolierte Infektionsapparate schockgefroren und aus verschiedenen Winkeln fotografiert. Dies ermöglicht eine dreidimensionale Rekonstruktion aus mehreren tausend Einzelbildern, um so Form und Aussehen des isolierten Infektionsapparates bis ins kleinste Detail darzustellen. Die Erkenntnisse daraus kombinieren der Forscher und sein Team mit der so genannten Kryo-Elektronentomographie. Dabei handelt es sich um ein bildgebendes Verfahren zur dreidimensionalen Darstellung feinster Strukturen durch blitzartiges Einfrieren der Proben. „Die Methode funktioniert ähnlich wie die Computertomographie »Österreich Journal« – http://www.oesterreichjournal.at 96 bei Menschen und gibt den Wissenschaftern die Möglichkeit, intakte Zellstrukturen auf molekularer Ebene zu untersuchen. So kann der Transport der Signalstoffe durch den Kanal quasi in Echtzeit beobachtet werden“, erklärt Thomas Marlovits, Hauptautor der Studie, die hochinnovative Technologie. Eingebauter Kontrollpunkt Die Signalstoffe zur Überlistung des Abwehrsystems sind bakterielle Proteine, die ähnlich wie Papierkugeln zusammengeknäu-
ÖSTERREICH JOURNAL NR. 126 / 23. 12. 2013 Wissenschaft & Technik 97 elt sind. Die Wissenschafter im Team von Thomas Marlovits haben mit Hilfe der fortgeschrittenen Technologien herausgefunden, daß die Signalstoffe vollkommen entfaltet werden müssen, um den engen Sekretionskanal zu passieren. „Durch die dreidimensionale Darstellung können wir auch zeigen, daß der Kanal gleich zu Beginn des Nadelfortsatzes besonders eng ist, ein noch gefaltetes Protein würde niemals hindurch passen. Unsere weiteren Ergebnisse weisen darauf hin, daß diese Stelle als Kontrollpunkt für den strukturellen Wandel von einem in der Zelle gefalteten Protein zu einem völlig entfalteten Transportprotein dient“, schildert Thomas Marlovits seine Entdeckung. Thomas Marlovits Der Biochemiker und Biophysiker Thomas Marlovits stammt aus Rechnitz im Burgenland. Als Professor für Struktur und Systembiologie am Universitätsklinikum Eppendorf Hamburg arbeitet er in einer Kooperation mit dem Deutschen Elektronen Synchrotron (DESY) und dem IMP und IMBA, wo er seit 2005 als gemeinsamer Forschungsgruppenleiter tätig war. Zuvor forschte er sieben Jahre lang an der Universität Yale (USA) und dem Max Planck Institut für Biophysik (Deutschland). Marlovits beschäftigt sich mit der Struktur und Funktion molekularer Maschinen und begann bereits in Yale mit Untersuchungen am Infektionsapparat von Salmonellen. IMBA Das IMBA – Institut für Molekulare Biotechnologie ist ein international anerkanntes Forschungsinstitut mit dem Ziel, molekulare Prozesse in Zellen und Organismen zu erforschen und Ursachen für die Entstehung humaner Erkrankungen aufzuklären. Unabhängige wissenschaftliche Arbeitsgruppen arbeiten an biologischen Fragestellungen aus den Bereichen Zellteilung, Zellbewegung, RNA-Interferenz und Epigenetik, ebenso wie an unmittelbaren medizinischen Fragestellungen aus den Gebieten Onkologie, Stammzellforschung und Immunologie. Das IMBA ist eine 100-Prozent-Tochtergesellschaft der ÖAW. http://www.imba.oeaw.ac.at ÖAW Die Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW) ist die führende Trägerin außeruniversitärer akademischer Forschung in Österreich. Die 28 Forschungseinrichtungen betreiben anwendungsoffene Grundlagenforschung in gesellschaftlich relevanten Gebieten der Natur-, Lebens- und Technikwissenschaften sowie der Geistes-, Sozialund Kulturwissenschaften. • http://www.oeaw.ac.at Trojanische Pferde zur Entwicklung neuer Antibiotika Als etwas Nützliches getarnt, verleitet das trojanische Pferd die Angegriffenen dazu, die Gegner in den geschützten Bereich zu bringen, wo die Opfer ungehindert überwältigt werden können. Diese List könnte in Zukunft auch zur Entwicklung neuer Therapien gegen bakterielle Infektionen angewendet werden. „In der Infektionsbiologie könnten unsere Erkenntnisse etwa zur Entwicklung einer neuen Generation von Antibiotika beitragen. Die Funktionsfähigkeit des Sekretionssystems könnte gezielt beeinträchtigt werden, indem beispielsweise ein neuartiges Transportprotein in den Nadelkomplex eingeschleust wird, das dann entweder den Nadelkanal verstopft oder verhindert, daß die Signalstoffe richtig entfaltet werden und den Kanal passieren können“, erklärt Thomas Marlovits zukünftige Anwendungsgebiete seiner Forschungsarbeit. Originalpublikation in Nature Structural & Molecular Biology: „Structure of a type-3 secretion system in action“ Jedes Teilchen zählt Forscher der Uni Graz kontrolliert erstmals Reaktion eines einzelnen Moleküls mit nur einem Atom In chemischen Prozessen in der Natur zerfallen Moleküle, binden sich erneut oder verändern ihre geometrische Struktur, was man sich auch in technischen Anwendungen zunutze macht. Man weiß seit langem, daß die direkte Umgebung jedes einzelnen Moleküls solche Prozesse beeinflussen kann. Auf der Ebene einzelner Atome konnte diese Einwirkung bisher allerdings weder nachgewiesen noch gesteuert werden. Eine Gruppe von Forschern rund um Univ.-Prof. Leonhard Grill vom Institut für Chemie der Karl- Franzens-Universität Graz und dem Fritz- Haber-Institut in Berlin hat nun erstmals gezeigt, wie sich der Protonentransport innerhalb eines Moleküls durch ein einziges Atom beeinflussen läßt. In Zukunft könnte man diesen Effekt zur Steuerung extrem kleiner Schaltkreise in der Nanotechnologie nutzen, in denen jedes einzelne Molekül einen eigenen Schalter darstellt. Die Forschungsergebnisse werden in der Jänner-Ausgabe des international renommierten Fachmagazins „Nature Chemistry“ veröffentlicht. Für ihre Versuche entnahmen die Experten mit der Spitze eines Rastertunnelmikroskops einer Kupferoberfläche ein einzelnes Atom und bewegten es ganz exakt an eine bestimmte Stelle. „Wir konnten dabei erstmals beobachten, wie das Atom die benachbarten Moleküle beeinflußt“, erklärt Grill. „Ersichtlich wurde dies an der veränderten Frequenz des Protonentransfers – also wie häufig sich ein Proton innerhalb des Moleküls bewegt.“ Dieser Prozeß änderte sich mit der Position des Atoms und dem Abstand zum nächsten Molekül, wodurch sich die Rate entweder erhöhen oder verringern läßt. Der erstaunliche Einfluß sogar einzelner Atome ließ sich auch auf Anordnungen aus mehreren Molekülen erweitern. Grill ist überzeugt, daß diese Ergebnisse einen großen Fortschritt in diesem Gebiet der Grundlagenforschung darstellen: „Die Resultate geben einen wichtigen Einblick in fundamentale chemische Prozesse. Sie zeigen nicht nur, wie wichtig die atomare Umgebung jedes einzelnen Moleküls ist, sondern daß sich die Funktion einzelner Moleküle sogar mit einzelnen Atomen steuern lassen kann.“ Diese neuesten Erkenntnisse könnten in Zukunft beispielsweise in der molekularen Elektronik genutzt werden. „Die Steuerung einzelner funktionaler Moleküle könnte in der Molekularen Nanotechnologie von Interesse sein. Ihr Vorteil ist, ihre Schaltkreise sind nicht nur extrem klein, sondern auch billig, extrem schnell und brauchen sehr wenig Energie“, nennt der Wissenschaftler eine Anwendungsmöglichkeit. Leonhard Grill ist seit August dieses Jahres Professor für Physikalische Chemie an der Karl-Franzens-Universität Graz. Zuvor war er am Fritz-Haber-Institut in Berlin tätig, wo er die aktuellen Forschungen großteils realisiert hat. In dem Projekt arbeitet er auch mit Wissenschaftern der Universität Liverpool sowie der polnischen Akademie der Wissenschaften zusammen. • http://www.uni-graz.at »Österreich Journal« – http://www.oesterreichjournal.at
Seite 1 und 2:
Ausg. Nr. 126 • 23. Dezember 2013
Seite 3 und 4:
ÖSTERREICH JOURNAL NR. 126 / 23. 1
Seite 5 und 6:
Seite 7 und 8:
Seite 9 und 10:
Seite 11 und 12:
Seite 13 und 14:
Seite 15 und 16:
Seite 17 und 18:
Seite 19 und 20:
Seite 21 und 22:
Seite 23 und 24:
Seite 25 und 26:
Seite 27 und 28:
Seite 29 und 30:
Seite 31 und 32:
Seite 33 und 34:
Seite 35 und 36:
Seite 37 und 38:
Seite 39 und 40:
Seite 41 und 42:
Seite 43 und 44:
Seite 45 und 46: ÖSTERREICH JOURNAL NR. 126 / 23. 1
Seite 95: ÖSTERREICH JOURNAL NR. 126 / 23. 1
Seite 125: ÖSTERREICH JOURNAL NR. 126 / 23. 1
Alle anzeigen

frohe weihnachten und ein glückliches neues jahr 2014! - Österreich ...

Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.

Template löschen?

Als Template speichern?