Neuer Ansatz für die Entwicklung von Medikamenten

16.11.2009 - Ein fundamentales Prinzip, das seit Jahrzehnten in der Pharmabranche gilt, in Frage gestellt hat eine Erkenntnis des Leiters des Institutes für Organische Chemie der TU Graz, Rolf Breinbauer, gemeinsam mit Kollegen des Max-Planck-Instituts für Molekulare Physiologie in Dortmund sowie der Universität Leipzig: Sie entdeckten einen neuen Bindungstypen, der beide Spiegelbilder eines Wirkstoffs aufnehmen kann. Die Ergebnisse ihrer Arbeit mit Relevanz für die Entwicklung von Medikamenten veröffentlichten die Forscher kürzlich im Fachmedium "Angewandte Chemie", der weltweit renommiertesten Zeitschrift für Chemiker.

Bild: Dr. Wulf Blankenfeldt, MPI für Molekulare Physiologie

Abb. 1: Die Röntgenstruktur des Proteins zeigt beide Enantiomere (R und S) in der Bindungstasche des Enzyms

Quelle: Technische Universität Graz

Geländegängige Flitzer - Abwehrzellen unterwegs

16.11.2009 - Um Krankheitserreger auch an den entlegendsten Stellen des Körpers effektiv zu bekämpfen, müssen sich Abwehrzellen schnell und flexibel bewegen können. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut (MPI) für Biochemie in Martinsried bei München haben jetzt den Mechanismus entschlüsselt, mit dem sich diese wendigen Zellen auf verschiedenen Oberflächen fortbewegen. "Wie bei einem Auto gibt es einen Motor, eine Kupplung und Räder, die für die nötige Reibung sorgen", erläutert Michael Sixt, Forschungsgruppenleiter am MPI für Biochemie. Die Arbeit entstand in Zusammenarbeit mit Kollegen vom MPI für Metallforschung in Stuttgart und wurde jetzt in Nature Cell Biology veröffentlicht.

Bild: Michael Sixt - Copyright: Max-Planck-Institut für Biochemie

Abb. 1: Eine Immunzelle bahnt sich ihren Weg und bildet dabei fingerartige Ausstülpungen. Farbig markiert ist hierbei das Zellskelett.

Quelle: Max-Planck-Institut für Biochemie

Nanobodies verändern die Form und Funktion von Proteinen

14.12.2009 - Binden Antikörper des Immunsystems an Proteine, können sie deren Form - und damit auch die Funktion dieser Moleküle - verändern. Einem LMU-Team um Professor Heinrich Leonhardt vom Biozentrum, Professor Karl-Peter Hopfner vom Genzentrum und dem Biologen Dr. Ulrich Rothbauer, Geschäftsführer des Biotechnologieunternehmen ChromoTek, gelang hier nun ein Durchbruch: Die Forscher konnten zeigen, dass unkonventionell kleine Antikörper, die sogenannten Nanobodies, die Eigenschaften des Grün Fluoreszierenden Proteins, kurz GFP, mit unerwarteter Präzision modifizieren.

GFP wird mit anderen Proteinen fusioniert, um diese in lebenden Zellen verfolgen zu können. Die Einsatzmöglichkeiten des Moleküls erweitern sich nun mit Hilfe der Nanobodies beträchtlich. Ganz neuartige experimentelle Ansätze sind zudem denkbar, weil die Studie auch zeigen konnte, wie die Nanobodies im strukturellen Detail auf die Proteine wirken.(Nature Structural and Molecular Biology online, 13. Dezember 2009)

Antikörper sind spezialisierte Moleküle, die Fremdkörper im Organismus als Ziele für eine Immunattacke markieren. Weil sie hochspezifisch an fast jede chemische Struktur binden können, werden sie auch in der Forschung und in der Therapie genutzt. Konventionelle Antikörper aber sind zu groß, um in lebenden Zellen zum Einsatz zu kommen. Eine Alternative bieten Kamele und ihre südamerikanischen Verwandten, die Alpakas Guanakos, Lamas und Vicunjas: Diese Tiere produzieren auch sehr viel kleinere Antikörper, aus deren Erkennungsdomäne sogenannte Nanobodies gebildet werden, die auch in Zellen funktionieren.

Das LMU-Team arbeitete mit Kollegen der TU Darmstadt, der Freien Universität in Brüssel und des LMU-Spinoffs ChromoTek zusammen, um Nanobodies zu erzeugen, die spezifisch auf GFP reagieren: Zunächst wurden Alpakas mit GFP immunisiert. Dann wurde die genetische Information für Antikörper - auch jener, die GFP erkennen - in Bakterien übertragen. "Diese Antikörperfragmente wurden dann von den Bakterien synthetisiert und konnten getestet werden, ob sie an GFP binden", erklärt Rothbauer. "Insgesamt konnten wir sieben passende Nanobodies auf diesem Weg identifizieren."

GFP ist geformt wie eine Tonne, die an beiden Enden offen ist. In ihrem Inneren bildet sich spontan das sogenannte Chromophor. Diese lichtabsorbierende Struktur ist für die Erzeugung der Fluoreszenz nötig. Die Absorption von Licht lässt grüne Fluoreszenz entstehen, wobei die Antwort von der genauen Konformation des Proteins abhängt. Zwei Nanobodies hatten einen deutlichen Einfluss auf diesen Zusammenhang. "Ein Nanobody verstärkte durch seine Bindung die Fluoreszenz um das Fünffache", berichtet Rothbauer. "Der andere hat sie dagegen um den Faktor vier reduziert, so dass wir das Signal ein- und ausschalten konnten." Wie dies gelingt, zeigten Strukturanalysen am Genzentrum der LMU. "Unsere Untersuchungen haben ergeben, dass ein Nanobody eine bestimmte Region des Proteins näher an das Chromophor drückt, während der andere es eher wegschiebt", sagt Erstautor Axel Kirchhofer.

In einem weiteren Experiment prüften die Forscher, ob der verstärkende Nanobody auch als Sensor für GFP-fusionierte Proteine in der Zelle dienen könnte. Dazu nutzten sie Zellen, die einen GFP-gebundenen Hormonrezeptor im Zellinneren produzieren. Der Nanobody wurde dagegen an der Innenseite der Membran des Zellkerns synthetisiert. Die Zugabe des passenden Hormons ließ dann den Rezeptor in den Zellkern wandern. "Wir konnten diesen Prozess durch eine Messung der Fluoreszenz verfolgen, die durch die Bindung des Nanobody an das GFP induziert wurde", so Rothbauer. "Diese erfolgreiche Kooperation zwischen Zell- und Strukturbiologen hat den Nachweis geliefert, dass Nanobodies verschiedene Proteinkonformationen erkennen, induzieren und stabilisieren, was sie für den Einsatz in lebenden Zellen prädestiniert."

Publikation:
"Modulation of protein properties in living cells using nanobodies"
Axel Kirchhofer, Jonas Helma, Katrin Schmidthals, Carina Frauer, Sheng Cui, Annette Karcher, Mireille Pellis, Serge Muyldermans, Corella Casas Delucchi, M. Cristina Cardoso, Heinrich Leonhardt, Karl-Peter Hopfner and Ulrich Rothbauer
Nature Structural and Molecular Biology online, 13. Dezember 2009

Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München

"Ganzheitlicher" Blick in die Pflanze

21.10.2009 - Ein neues Analyseverfahren gewährt Einblicke in den pflanzlichen Stoffwechsel.

Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam etablieren eine neue Methode zur Auswertung des Stoffwechselgeschehens. Sie erlaubt es, komplexe Vorgänge in der Pflanzenzelle funktional zu verstehen. (Molecular Systems Biology, 13. Oktober 2009)

Bild: MPI für molekulare Pflanzenphysiologie

Abb. 1: Modellorganismus der Pflanzenphysiologen: An der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) untersuchen die Forscher den Stoffwechsel von Pflanzenzellen.

Quelle: MPG

Der wichtige Botenstoff für eine richtige Immunantwort

20.07.2009 - Immunzellen unterhalten sich mit Hilfe molekularer Botenstoffe. Eine Gruppe dieser Substanzen sind Interferone. Kommt es zum Beispiel zu einer Virusinfektion, produziert das Immunsystem verstärkt das sogenannte Beta-Interferon. Damit alarmiert es Immunzellen, so dass sie bei der Bekämpfung der Infektion helfen. Außerdem haben Beta-Interferone tumorbekämpfende Eigenschaften und - als Therapeutikum gegen Multiple Sklerose - eine wichtige medizinische Bedeutung.

Forscher aus der Arbeitsgruppe "Molekulare Immunologie" des Braunschweiger Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) konnten nun zeigen, dass Beta-Interferon eine weitere entscheidende Aufgabe bei einer Immunantwort haben: Ohne Beta-Interferon können Immunzellen anderen Zellen keine "Steckbriefe" von Krankheitserregern mehr anzeigen. Die Immunantwort startet nicht richtig, weil das Immunsystem nicht weiß, wie der Krankheitserreger aussieht, den es bekämpfen muss. Die Ergebnisse veröffentlichte jetzt das Wissenschaftsmagazin "Journal of Immunology" in seiner aktuellen Ausgabe.

Liegt eine Infektion vor, schütten Immunzellen Beta-Interferon aus. Eine Immunantwort fällt aber noch viel stärker aus, wenn eine niedrige Menge an Beta-Interferon bereits vor der Infektion im Körper vorhanden ist - eine Beobachtung, die Forscher "Priming" nennen. Mit einem gesunden Pegel an Beta-Interferon gelingt es dem Körper schneller, auf eine Infektionsgefahr zu reagieren. Die HZI-Wissenschaftler konnten jetzt zeigen, warum das so ist: Beta-Interferone spielen eine entscheidende Rolle dabei, dem Immunsystem Bruchstücke von Krankheitserregern anzuzeigen. Diese sogenannten Antigene präsentieren Immunzellen auf ihrer Oberfläche. Sie sind ein Steckbrief des Virus oder Bakteriums, das es zu bekämpfen gilt.

Auf die besondere Rolle der Beta-Interferon stießen die Forscher in Mäusen, denen das Gen für Beta-Interferon fehlte. Ohne Beta-Interferon zeigten die Tiere nur schlechte Immunantworten. "Ohne diese Mäuse wären wir nicht auf die besondere Rolle von Beta-Interferon gestoßen", sagt Siegfried Weiß, Leiter der Arbeitsgruppe "Molekulare Immunologie" am HZI. Die Forscherin Natalia Zietara untersuchte daraufhin, was Beta-Interferon in Immunzellen auslöst: Sie fand einen molekularen Faktor, der von Beta-Interferon aktiviert wird und für die Erstellung des "Steckbriefs" entscheidend ist. Der Faktor gehört zu einer Klasse von Proteinen, die eine Zelle normalerweise unter Stressbedingungen bildet. Ohne Beta-Interferon, kein aktives Stressprotein - ohne Stressprotein, kein Steckbrief - ohne Steckbrief, keine Immunantwort.

"Wir haben nun ein viel besseres Verständnis davon, wie Immunantworten gestartet werden aber auch wie Autoimmunkrankheiten entstehen könnten", sagt Weiß: Ohne Beta-Interferon kann das Immunsystem während der Embryonalentwicklung möglicherweise nicht lernen, dass es eigene Strukturen nicht bekämpfen darf und sich selbst tolerieren muss. "Unsere Erkenntnisse könnten dazu führen, neue Therapien gegen Autoimmunerkrankungen wie Multiple Sklerose oder gegen Krebs zu entwickeln oder bestehende Therapien zu verbessern."

Originalartikel: Zietara N, Lyszkiewicz M, Gekara N, Puchalka J, Dos Santos VA, Hunt CR, Pandita TK, Lienenklaus S, Weiss S. Absence of IFN-beta impairs antigen presentation capacity of splenic dendritic cells via down-regulation of heat shock protein 70. J Immunol. 2009 Jul 15;183(2):1099-109.

Quelle: Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

The Nobel Prize in Chemistry 2009

07.10.2009 - The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the Nobel Prize in Chemistry for 2009 jointly to

Venkatraman Ramakrishnan, MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, United Kingdom
Thomas A. Steitz, Yale University, New Haven, CT, USA
Ada E. Yonath, Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel

"for studies of the structure and function of the ribosome"


The ribosome translates the DNA code into life

The Nobel Prize in Chemistry for 2009 awards studies of one of lifes core processes: the ribosomes translation of DNA information into life. Ribosomes produce proteins, which in turn control the chemistry in all living organisms. As ribosomes are crucial to life, they are also a major target for new antibiotics.

This years Nobel Prize in Chemistry awards Venkatraman Ramakrishnan, Thomas A. Steitz and Ada E. Yonath for having showed what the ribosome looks like and how it functions at the atomic level. All three have used a method called X-ray crystallography to map the position for each and every one of the hundreds of thousands of atoms that make up the ribosome.

Inside every cell in all organisms, there are DNA molecules. They contain the blueprints for how a human being, a plant or a bacterium, looks and functions. But the DNA molecule is passive. If there was nothing else, there would be no life.

The blueprints become transformed into living matter through the work of ribosomes. Based upon the information in DNA, ribosomes make proteins: oxygen-transporting haemoglobin, antibodies of the immune system, hormones such as insulin, the collagen of the skin, or enzymes that break down sugar. There are tens of thousands of proteins in the body and they all have different forms and functions. They build and control life at the chemical level.

An understanding of the ribosomes innermost workings is important for a scientific understanding of life. This knowledge can be put to a practical and immediate use; many of todays antibiotics cure various diseases by blocking the function of bacterial ribosomes. Without functional ribosomes, bacteria cannot survive. This is why ribosomes are such an important target for new antibiotics.

This years three Laureates have all generated 3D models that show how different antibiotics bind to the ribosome. These models are now used by scientists in order to develop new antibiotics, directly assisting the saving of lives and decreasing humanitys suffering.

Quelle: The Royal Swedish Academy of Sciences

info: http://www.videocommunity.com/pc/pc/display/3609/laurin/undefined

Das ganze ohne GEWÄHR--in "Zupferanien" sollte man wirklich nicht alles glauben was veröffentlicht wird--aber allein der Gedanke...

ohne Worte!

grüssle

Bummi

Erbmaterial unter der Leselupe

28.01.2008 - Das genetische Alphabet besteht aus vier Buchstaben. Auch wenn unsere Körperzellen unsere Erbmoleküle ständig dechiffrieren, können wir im Labor nicht so ohne weiteres eine DNA-Sequenz ablesen. Wissenschaftler brauchen komplexe, sehr aufwändige Analysenmethoden, um die individuellen Codes der DNA zu knacken. Volker Deckert und sein Team vom Institute for Analytical Sciences (ISAS) in Dortmund haben kürzlich eine Methode entwickelt, die einen Weg zur direkten Sequenzierung des Erbmaterials weisen könnte. Das Verfahren basiert auf einer Kombination von Raman-Spektroskopie und Rasterkraftmikroskopie.Wie sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, gelang es Deckert und Elena Bailo, die nächste Verwandte der DNA - die RNA - zu analysieren.

Direkte Sequenzierung bedeutet, die vier Buchstaben des genetischen Codes zu lesen wie mit einer Lupe. Ein DNA- oder RNA-Strang hat einen Durchmesser von nur zwei Nanometern, entsprechend stark muss die Vergrößerung sein. Deckerts Team nutzt dazu ein Rasterkraftmikroskop. Eine winzige versilberte Glasspitze fährt, vom Mikroskop gelenkt, über den RNA-Strang. Ein auf diese Spitze fokussierter Laserstrahl regt den Abschnitts des Strangs, der gerade abgerastert wird, und versetzt ihn in Schwingungen. Aus dem Streulichtspektrum (Ramanspektrum) lassen sich genaue Rückschlüsse auf die molekulare Struktur ziehen. Jeder genetische Buchstabe, sprich jede der vier Nucleobasen, schwingt anders und erzeugt daher einen charakteristischen spektralen "Fingerabdruck".
Eine direkte Auflösung einzelner Basen ließ sich zwar nicht erreichen, ist aber auch gar nicht notwendig. Die Spitze muss lediglich in Intervallen von jeweils einem Base-Base-Abstand über den RNA-Strang bewegt werden. Auch wenn die gemessenen Daten dann aus einer Überlagerung der Spektren einiger benachbarter Nucleobasen bestehen, sollte sich daraus die Sequenz der RNA ableiten lassen.
Wenn sich die Methode, die als "Spitzenverstärkte Raman-Spektroskopie" (TERS von engl. Tip-enhanced Raman Spectroscopy) auch auf DNA übertragen lässt, könnte sie die Entschlüsselung des Erbguts revolutionieren. Herkömmliche Methoden zur DNA-Sequenzierung sind sehr komplex, funktionieren nur indirekt und benötigen eine große Menge Erbmaterial. Die von Deckert entwickelte TERS dagegen "liest" den Code direkt, ohne chemische Hilfsmittel oder Umwege. Und es wird nur ein einzelner DNA-Strang benötigt. "Die DNA-Sequenzierung könnte ganz einfach werden," sagt Deckert, "wie das Scannen eines Strichcodes an der Supermarktkasse."
Angewandte Chemie, doi: 10.1002/ange.200704054

Quelle: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Stabile Elektronen-Spins rücken Quantencomputer in greifbare Nähe

31.01.2008 - Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institute an der Universität Basel und des Massachusetts Institute of Technology ist es erstmals gelungen, den magnetischen Zustand eines einzelnen Elektrons, den so genannten Elektronenspin, während einer ganzen Sekunde stabil zu halten. Damit ist ein wichtiger Meilenstein zur Realisierung von Elektronenspin-Speichern und zur Entwicklung von Quantencomputern geschaffen. Vor einigen Jahren wurde die Elektronenspinstabilität noch auf Mikrosekunden geschätzt. Die Forschungsergebnisse werden heute (31. Januar 2008) in der renommierten Fachzeitschrift "Physical Review Letters" veröffentlicht.

Die Stabilität von Elektronenspins ist eine wichtige Voraussetzung für die Realisierung von Elektronenspin-Speichern und für die Entwicklung des heute noch hypothetischen Quantencomputers. Quantencomputer, die Supercomputer der Zukunft, basieren auf der Idee, Quantenphysik fuer Computer-Rechnungen zu verwenden. Sie sollen dereinst in der Lage sein, komplizierte Rechenprozesse in kürzester Zeit zu erledigen. Zum Beispiel für die Entschlüsselung eines RSA-Sicherheitscodes, wie er heute im E-Banking verwendet wird, würde ein Quantencomputer statt einem Jahr nur noch wenige Sekunden benötigen.
Im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit zwischen der Forschungsgruppe um Prof. Dominik Zumbühl vom Swiss Nanoscience Institut an der Universität Basel und dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) ist es nun erstmals gelungen, den magnetischen Zustand eines einzelnen Elektrons, den so genannten Elektronenspin, während einer ganzen Sekunde stabil zu halten. Die Physiker isolierten dazu ein einzelnes Elektron in einer durch Nanostrukturen erzeugten Falle, bei einer sehr tiefen Temperatur von einem Zehntel Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt. Zusätzlich setzten sie das Elektron starken Magnetfeldern aus, wie sie auch bei Magnetresonanztomographen verwendet werden.
Das Konzept geht auf eine Vorhersage des Basler Physikprofessors Daniel Loss zurück. Die vorliegenden Experimente bestätigen dessen Rechnungen sehr präzise. Verwendet man die Verschränkung (eine Art Korrelation, z.B. zwischen zwei Elektronen, die in der Quantenphysik möglich ist, nicht aber in der klassischen Physik) mehrerer benachbarter Elektronenspins, so könnte daraus der Quantencomputer realisiert werden.
Swiss Nanoscience Institute
Das Swiss Nanoscience Institute (SNI) ging aus dem Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) Nanowissenschaften hervor und bildet einen universitären Forschungsschwerpunkt an der Universität Basel. Im SNI wird grundlagenwissenschaftliche mit anwendungsorientierter Forschung verknüpft. Innerhalb verschiedener Projekte beschäftigen sich die Forschenden mit Strukturen im Nanometerbereich. Sie möchten Impulse für Lebenswissenschaften, Nachhaltigkeit, Informations- und Kommunikationstechnologie geben. Die Universität Basel fungiert als Leading House und koordiniert das NFS-Netzwerk aus Hochschul- und Forschungsinstituten und Industriepartnern, das vom Schweizerischen Nationalfonds im Auftrag des Bundes durchgeführt wird, sowie das vom Kanton Aargau finanzierte Argovia-Netzwerk. Mit Gründung des SNI sichert sich die Universität Basel ihre international anerkannte Stellung als Exzellenzzentrum für Nanowissenschaften.

Quelle: Universität Basel

Nachweis der allergenen Wirkung von einzelnen Proteinen des Pilzes Aspergillus versicolor gelungen

01.02.2008 - Leipzig. Forschern des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) und des Erfurter Instituts für Umweltmedizin gelang erstmals der Nachweis der allergenen Wirkung von einzelnen Proteinen des weit verbreiteten Schimmelpilzes Aspergillus versicolor. Schätzungsweise fünf Prozent aller Deutschen leiden an einer allergischen Reaktion, die durch Schimmelpilze in Innenräumen hervorgerufen wird. Bei etwa 80 Prozent allen Pilzbefalls in feuchten Zimmerecken ist der Pilz Aspergillus versicolor vertreten. Doch ist er tatsächlich der Hauptschuldige an Atemnot, Dauerschnupfen und anderen allergischen Beschwerden? Diesen Verdacht wollte das Team um Privatdozent Dr. Martin von Bergen, Departmentleiter Proteomik am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung nachweisen. Es galt zu ergründen, welche Eiweiße des Pilzes als Allergene wirken. Aus dieser Aussage konnte ein Messverfahren entwickelt und zum Patent angemeldet werden, das anzeigt, ob bei einem ganz bestimmten Menschen eine Aspergillus-versicolor-Überempfindlichkeit vorliegt, weil dessen Blutserum auf die Proteine des Pilzes reagieren.

Bild: André Künzelmann/UFZ

Abb. 1: Den Schimmelpilz Aspergillus versicolor findet man sehr häufig auf Lebensmitteln, an Wänden und im Hausstaub in Innenräumen.

Quelle: Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

13.12.2007 - MOLEKULARE BIOMEDIZIN

Aller Anfang ist zufällig

das ist ja echt d er Hammer--Funkt sogar und alles ganz locker von Desktop aus--GOIL!!!

Super MS!

Schrittmacher für den Schlaf - das Großhirn

09.08.2007 - Der Thalamus, ein Teil des Zwischenhirns, wird oft als "Tor zum Bewusstsein" bezeichnet, da er von der Außenwelt kommende Sinnesreize filtert und zum Großhirn weiterleitet. Ein Computermodell, das die Auswirkungen von Schwingungen der Großhirnrinde während des Schlafes auf den Thalamus simuliert, haben jetzt die Kieler Physiker Jörg Mayer, Professor Heinz Georg Schuster und Dr. Jens Christian Claussen und der Lübecker Neurowissenschaftler Matthias Mölle zusammen entwickelt. Klinische Messungen in Lübeck bestätigen, dass die Großhirnrinde im Schlaf als Taktgeber für den Thalamus arbeitet. Der Arbeitsgruppe gelang es, den Mechanismus zu identifizieren, der die thalamischen Schwingungen steuert. "Dies könnte in Zukunft ermöglichen, Schlaf durch äußere Signale besser zu beeinflussen", meint Professor Heinz Georg Schuster. Die Studie erscheint morgen (10.08.07) in der Fachzeitschrift Physical Review Letters.

Das typische Muster thalamischer Aktivität während der Anfangsphasen des Schlafes sind so genannte Schlafspindeln, eine Folge von Wellen mit einer Frequenz von zirka 13 Hertz, die rund 1 Sekunde anhalten, die durch ruhige Perioden von etwa 4 Sekunden getrennt sind. Diese Schwingung bewirkt, dass die eingehende Information gefiltert wird. Schlafspindeln werden beim Menschen mit EEG (Elektroenzephalografie) gemessen. Wie voran gegangene Messungen an Tieren und EEG-Analysen zeigen, werden diese Schlafspindeln nicht selbstständig vom Thalamus generiert. Sie entstehen vielmehr im Wechselspiel von Großhirnrinde und Thalamus, dem thalamokortischen System.

"In unserer Arbeit zeigen wir an einem Computermodell des thalamokortischen Systems, dass sich viele experimentelle Beobachtungen reproduzieren lassen, wenn man annimmt, dass die Großhirnrinde im Schlaf der Taktgeber thalamischer Schwingungen ist", erklärt der Hauptautor Jörg Mayer vom Institut für Theoretische Physik und Astrophysik an der Uni Kiel. Das experimentell beobachtete gleichzeitige Auftreten der Schlafspindeln in weiten Teilen des Thalamus wird durch die Kopplung der Großhirnrinde an den Thalamus getaktet. Dies unterscheidet sich fundamental vom Wachsein: Da nämlich leitet der Thalamus die eingehende Information an die Großhirnrinde weiter. Im Schlaf ist nun die Großhirnrinde dominierend und schaltet weite Teile des Thalamus gleich, was zu einer starken Verminderung des Informationsflusses durch den Thalamus führt.

In dem Kieler Modell wurden reale EEG-Daten der Großhirnrinde an ein Computermodell des Thalamus gekoppelt, und somit konnte die Reaktion des künstlichen Thalamus mit gemessenen thalamischen EEG-Daten verglichen werden. Die Reaktion ist dieselbe.

Die Arbeit ist ein Ergebnis des fachübergreifenden Sonderforschungsbereiches (SFB) 654 "Plastizität und Schlaf" der Universitäten Kiel und Lübeck. Darin werden die Mechanismen untersucht, durch die Schlaf die Gedächtnisbildung verstärkt. Darauf aufbauend sollen schlafmedizinische Strategien entwickelt werden, um Erkrankungen besser behandeln zu können, bei denen Störungen der Gedächtnisbildung vorliegen, zum Beispiel bei schizophrenen oder Epilepsie-Patienten. Sprecher des SFB ist Professor Jan Born, Direktor des Instituts für Neuroendokrinologie der Universität zu Lübeck.

Quelle: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Acetyl-Salicylsäure schaltet Gene an

08.10.2007 - Infektionen sind äußerst komplizierte biologische Prozesse: Zahlreiche Gene sowohl des Krankheitserregers als auch des befallenen Organismus sind an ihrem Ausbruch und an ihrer Bekämpfung beteiligt. Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung in Braunschweig haben jetzt ein verblüffend einfaches Verfahren entwickelt, mit dem sie einzelne Gene von Bakterien während einer Infektion mit Aspirin gezielt anschalten können. Damit lässt sich die Funktion des Erbmaterials im Krankheitsprozess in Zukunft genau untersuchen. Seine Ergebnisse veröffentlicht das Team um den HZI-Forscher Prof. Carlos A. Guzman heute in der Fachzeitschrift "Nature Methods".

Krankmachende Bakterien setzen vielfältige Tricks ein, um in unseren Körper zu gelangen. Dazu gehören auch spezielle Proteine - so genannte Virulenzfaktoren - mit denen die Krankheitserreger unsere Körperzellen regelrecht aufschließen, in sie eindringen und sich dann vermehren. Gesteuert wird die Produktion der Virulenzfaktoren von den Genen der Bakterien. "Da sich immer eine große Zahl dieser Proteine an der Infektion beteiligt, ist es sehr schwer, die Rolle und Bedeutung einzelner Virulenzfaktoren zu bestimmen", erklärt Guzman das Dilemma der Infektionsforscher: "Das wird erst möglich, wenn wir die Gene ganz gezielt anschalten können."

Zwar habe es entsprechende künstliche genetische Schalter bereits gegeben, so Guzman: "Sie hatten aber Nebenwirkungen oder waren nicht effizient genug und ließen eine ungestörte Beobachtung im ganzen Organismus nicht zu." Den Durchbruch ist Guzmans Team mit einer Substanz namens Acetyl-Salicylsäure (ASA) gelungen, dem Wirkstoff von Aspirin. Seine Wirkungsweise ist bestens bekannt, Nebenwirkungen verursacht ASA kaum.

Das Verfahren, mit Aspirin Gene anzuschalten, erklärt Dr. Pablo Becker, der darüber bei Guzman promoviert hat: "Wir haben einen speziellen Genschalter - einen so genannten Promotor - konstruiert, der empfindlich auf ASA reagiert. Befindet sich ASA in seiner Umgebung, wird das Gen abgelesen und in ein Protein übersetzt. Fehlt ASA, schaltet der Promotor das Gen ab. Dies erlaubt uns, eine gezielte Aktivierung zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Infektionsprozesses.

Den Funktionstest für den ASA-empfindlichen Genschalter führten die Braunschweiger Forscher jedoch nicht bei einer Infektion sondern bei Krebs durch. Guzman: "Wir haben Bakterien der Gattung Salmonella zunächst den neuen Genschalter eingepflanzt." Dort steuert er die Funktion eines Gens, das für die Aktivierung eines Krebsmedikaments verantwortlich ist. Salmonellen können im Körper krebskranker Organismen, beispielsweise bei Mäusen, in Tumore einwandern. Dort sammeln sie sich regelrecht an. "Verabreicht man den Mäusen nun Aspirin sowie eine Vorläufersubstanz des Krebsmedikaments", so Guzman, "dann produzieren die Salmonellen tatsächlich den Aktivator für die Bildung des Zytostatikums und die Tumore schrumpfen. Der Vorteil hierbei ist, dass dieser Prozess gezielt in den Tumoren abläuft und somit weniger Nebenwirkungen auftreten."

Obwohl Guzman und Becker mit der erfolgreichen Bekämpfung des Krebses bewiesen haben, dass man mit Aspirin Gene anschalten kann, wollen sie ihre Aufmerksamkeit nun auch den Infektionen zuwenden: "Wir wollen damit verstehen, wie sich Infektionserreger und Wirte gegenseitig beeinflussen", so Becker. "Und mit diesem Wissen dann Strategien für neue Medikamente und Impfstoffe entwickeln."

Originalpublikation:
Jose Luis Royo, Pablo Daniel Becker, Eva Maria Camacho, Angel Cebolla, Claudia Link, Eduardo Santero, Carlos Alberto Guzman: In vivo gene regulation in Salmonella spp. by a salicylate-dependent control circuit. Nature Methods, DOI: 10.1038/nmeth1107.

Quelle: Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung