Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neues Forschungsprogramm über Biomolekulare Nano-Maschinen gestartet

03.06.2005


Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung erhält zwei Mio. Euro für Europäisches Forschungsnetzwerk


Nanoautobahn in Aktion: Zwei Schnappschüsse von mikrometergroßen Teilchen (helle Punkte), die entlang der nahezu parallelen Mikrotubuli transportiert werden (dunkle Linien). Die Mikrotubuli liegen unbeweglich, mit den nach rechts gerichteten Plus-Enden auf dem Glasträger. Die Teilchen werden mit Hilfe von Schrittmotoren, die aufgrund der geringen Größe unsichtbar sind, gezogen. Die Aufnahme des oberen und unteren Schnappschusses liegt 12 Sekunden auseinander. Während dieser Zeit wurden die Teilchen ca. 10 Mikrometer nach rechts bewegt. Bild: Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung



Ein Forschungsprogramm über "Aktive Biomimetische Systeme", an dem Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung sowie von acht weiteren Forschungseinrichtungen in Deutschland, Frankreich, den Niederlanden und Italien beteiligt sind, erhält eine Förderung der Europäischen Kommission von 2 Mio. Euro. Im Rahmen eines "Specific Targeted Research Project (STREP)" untersuchen die Forscher biomolekulare Nano-Maschinen, also gerichtet wachsende Filamente bzw molekulare Schrittmotoren. Diese Strukturen sind in der Lage, Schub- bzw Zugkräfte in der Nanowelt zu erzeugen. Die Wissenschaftler erforschen jene molekularen Mechanismen, die genau diesen Kräften zugrunde liegen. Darüber hinaus sollen Möglichkeiten gezeigt werden, wie man solche molekularen Maschinen in Nano- und Mikrosysteme integrieren kann. Der europäische Forschungsverbund wird von Prof. Reinhard Lipowsky koordiniert und ist am 1. Mai 2005 gestartet.



Biomimetische Systeme sind Modelle, die bestimmte Aspekte biologischer Organismen nachahmen. So ist es verblüffend, dass biologische Zellen zu dramatischen morphologischen Veränderungen fähig sind. Sie können problemlos ihre Form sehr dünnen Poren anpassen, um sich durch diese hindurch zu zwängen, oder lange "Füße" ausbilden, um über Oberflächen zu kriechen und sich selbst in zwei Tochterzellen teilen. All diese Transformationsprozesse basieren zwei Typen von biomolekularen Nano-Maschinen - längenveränderlichen Filamenten und leistungsfähigen Schrittmotoren.

Beide Maschinen-Typen werden zwar durch Proteine gebildet, benutzen aber ganz unterschiedliche Mechanismen, um Kräfte zu erzeugen. Die Filamente sind stäbchenförmige Strukturen, die nur ca. 10 Nanometer dick, aber viele Mikrometer lang sind. Bei Zugabe von nanometergroßen Bausteinen verlängert sich eines ihrer Enden und erzeugt auf diese Weise Schubkräfte. Schrittmotoren sind Proteine mit zwei identischen "Beinen", jedes mit einer Größe von ca. 10 Nanometern. Kommt ein solcher Motor mit einem Filament in Kontakt, verändert sich seine äußere Form derart, dass an dem Filament Zugkräfte erzeugt werden.

Eine einzelne Nano-Maschine generiert aufgrund ihrer winzigen Größe relativ geringe Kräfte von wenigen Piconewton (10-12 Newton). Doch reagieren solch winzige Maschinen sehr sensibel auf ihre Umgebung - allein der thermische Zusammenstoß mit Molekülen kann ihre Funktion empfindlich stören. Bemerkenswert ist, dass alle von lebenden Zellen und Organismen erzeugten Kräfte durch die gleichzeitige und abgestimmte Bewegung von vielen derartigen Nano-Maschinen erzeugt werden. Zellen können auf diese Weise Kräfte im Nanonewton-Bereich ausüben, Tiere sogar im Bereich von Hunderten von Newton. Biologische Systeme können also Kräfte in der Größenordnung von einigen Piconewton (10-12 Newton) bis zu mehreren Hundert Newton erzeugen. Wollen wir Menschen diese erstaunliche Fähigkeit nachahmen, müssen wir Filamentbündel und Gruppen von Motoren in größere und komplexere Systeme integrieren. Das ist eine fundamentale Herausforderung für die Bionanowissenschaften.

Das jetzt etablierte Forschungsnetzwerk über "Aktive Biomimetische Systeme" wird von Prof. Reinhard Lipowsky, Direktor am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, koordiniert. Ziel des Verbundes ist es, zu einem tieferen Verständnis jener molekularen Prozesse zu kommen, die für die Erzeugung der Schub- und Zugkräfte verantwortlich sind. Darüber hinaus soll das kooperative Verhalten von Filamenten und Motoren in Bündeln, zufälligen Maschenwerken und komplexeren räumlichen Anordnungen beleuchtet werden. Des Weiteren wollen die Forscher die Eigenschaften von biomimetischen Systemen auf systematische und verlässliche Weise kontrollieren und variieren können, um auf diese Weise ihre Architektur optimieren und ihr Design verbessern zu können.

Aktive biomimetische Systeme, wie sie in dem Forschungsnetzwerk untersucht werden, haben viele potentielle Anwendungsmöglichkeiten: Transportsysteme für Wirkstoffe, molekulare Sortiervorrichtungen, diagnostische Geräte für das Screening von Zellen oder Gerüste für künstliche Gewebe. Eine langfristige Vision ist die Konstruktion von Nano-Robotern, die gezielt bestimmte Arbeiten im Nanometerbereich ausführen können. Diese winzigen Roboter werden einmal einen großen Einfluss auf viele Aspekte des menschlichen Lebens haben, wie beispielsweise bei der medizinischen Diagnostik einzelner Zellen, beim zielgerichteten Wirkstofftransport zu spezifischen Zellen oder in der nichtinvasiven Chirurgie sehr kleiner Regionen im menschlichen Körper. Gleichermaßen repräsentieren diese Roboter wichtige Komponenten für die Entwicklung von Herstellungsverfahren im Nanometerbereich. Dies erscheint vielversprechend, um damit molekulare Komponenten zu integrierten Nano-Systemen zusammenzubauen.

Die Forschung innerhalb dieses europäischen Netzwerks ist hoch interdisziplinär und kombiniert (bio)chemische Präparation, (bio)physikalische Charakterisierung und theoretische Modellbildung. Erreichte Ergebnisse sind die gemeinschaftliche Leistung von Biophysikern, Biochemikern, Physikalischen Chemikern und Bioingenieuren. Die teilnehmenden Institutionen sind: Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung Potsdam, AMOLF Institut Amsterdam, BASF Ludwigshafen, Curie Institut Paris, Europäische Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) Heidelberg, Institut für Molekulare Biotechnologie Jena, CNRS Labor über Enzymologie und strukturelle Biochemie Gif-sur-Yvette, Politécnico Mailand, Universität Leipzig.

Prof. Dr. Reinhard Lipowsky | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpikg.mpg.de
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Filament Nano-Maschinen Schrittmotore

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sollbruchstellen im Rückgrat - Bioabbaubare Polymere durch chemische Gasphasenabscheidung
02.12.2016 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht "Fingerabdruck" diffuser Protonen entschlüsselt
02.12.2016 | Universität Leipzig

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie