Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Blaulicht stoppt Putzfimmel

27.11.2006
Wissenschaftler entdecken Möglichkeit, mit Licht das Verhalten von Zellen und Tieren zu steuern: Mit Blaulicht kann die "Putzleidenschaft" der kleinen Taufliege Drosophila ein- und ausgeschaltet werden

Der Botenstoff cAMP ist ein wichtiges Signalmolekül; er steuert grundlegende biologische Prozesse und ist vermutlich auch mitverantwortlich für kognitive Leistungen des Gehirns wie Intelligenz und Gedächtnis. Eine internationale Forschergruppe unter Beteiligung der Saarbrücker Zoologie hat jetzt eine Methode entwickelt, um diesen Botenstoff durch kurze Lichtblitze in lebenden Zellen und Tieren zu erzeugen.

Bei Fliegen lassen sich damit Verhaltensänderungen an- und wieder abschalten, was an der Universität des Saarlandes untersucht wurde. Die besonders hohe zeitliche Auflösung dieses neuen lichtgesteuerten "Werkzeugs" sollte es ermöglichen, die Rolle von cAMP bei komplexen biologischen Fragestellungen, etwa den zellulären Vorgängen im Gehirn, besser zu verstehen, so die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe von Nature Methods, die soeben erschienen ist.

Um auf Veränderungen der äußeren Bedingungen reagieren zu können, müssen in einem Organismus verschiedene Signalketten geschaltet werden. Meist wird ein Signal zunächst von einem Rezeptor erkannt und dann über so genannte sekundäre Botenstoffe weitergeleitet. Dabei handelt es sich um kleine, wasserlösliche Moleküle, die sich durch Diffusion in Zellen leicht ausbreiten. cAMP (cyclisches Adenosinmonophosphat) ist ein solcher Botenstoff. Er überträgt beispielsweise das vom Stresshormon Adrenalin übermittelte Signal von der Plasmamembran einer Leber- oder Muskelzelle ins Zellinnere, wo es dann zum Abbau von Glykogen kommt. Dabei ist Adrenalin nur eines von vielen Hormonen und anderen Signalmolekülen, die die cAMP-Produktion in Gang setzen. cAMP beeinflusst Funktionen wie Herzschlag, Sekretion, Zellwachstum und vermutlich auch Intelligenz und Gedächtnis. Um diesen besonderen Botenstoff und sein Wirken weiter zu erforschen, wäre es ideal, wenn es sich schnell und wiederholbar in der lebenden Zelle bzw. im lebenden Tier erzeugen ließe.

Enzyme, die cAMP herstellen, werden Adenylatcyclasen genannt. Im Jahr 2002 wurde von einer japanischen Gruppe erstmals ein Proteinkomplex aus einem grünen Einzeller, dem Geißeltierchen Euglena gracilis, beschrieben, bei dem es sich um eine Blaulicht-aktivierte Adenylatcyclase handelt (Iseki et al., Nature 415, 1047): Das Enzym erhöht blaulicht-abhängig die cAMP-Konzentration. Das Team um Professor Georg Nagel hat - zunächst am Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt und später an der Universität Würzburg - in Zusammenarbeit mit Forschungsgruppen von der Humboldt Universität Berlin, dem Forschungszentrum Jülich, der Universität des Saarlandes und einer Gruppe in Japan hat Bestandteile dieses Komplexes erstmals funktionell in tierischen Zellen exprimiert. Dazu wurde das Gen für eine der beiden Untereinheiten des Proteinkomplexes in Eizellen des südafrikanischen Krallenfrosches Xenopus laevis eingebracht und führte dann zur Produktion des entsprechenden Proteins. Wurden diese Eizellen mit Blaulicht belichtet, so kam es zu einem Anstieg in der cAMP-Konzentration. Für die Forscher war dies der Beleg, dass mit Blaulicht die Enzymaktivität ausgelöst worden war.

Noch interessanter waren die Versuche mit transgenen Tieren, in diesem Fall der kleinen Taufliege Drosophila. Auch hier hatten die Forscher mithilfe einer Genfähre das Gen für die photoaktivierte Adenylatcyclase (PAC) in die Fliege eingeschleust. Das entsprechende Protein wurde nun in den Nervenzellen der kleinen Fliege exprimiert - und führt, wie Dr. Martin Schwärzel von der Universität des Saarlandes zeigen konnte, zu signifikanten Verhaltensänderungen: Werden Fliegen mit einem feinen Puder bestäubt, so fangen sie sofort an, sich zu putzen. Diese "Putzleidenschaft" kann bis zu 30 Minuten andauern. Auch transgene Tiere zeigen bei dieser Versuchsanordnung zunächst ein intensives Putzverhalten, wird jedoch Blaulicht eingeschaltet, so erstarrt die Fliege quasi - sie bewegt und putzt sich auch nicht mehr. Wird das Blaulicht wieder ausgeschaltet, so kehrt die Fliege innerhalb weniger Sekunden zu ihrer ursprünglichen Tätigkeit zurück.

"Mit unseren Untersuchungen konnten wir demonstrieren, dass man dieses aus einem kleinen Einzeller stammende Enzym tatsächlich einsetzen kann, um die Konzentration des wichtigen Botenstoffs cAMP räumlich und zeitlich zu kontrollieren", erklärt Profesor Nagel. Die Vorteile der Methode liegen auf der Hand: Die aus Euglena stammende lichtaktivierte Adenylatcyclase wird von einem einzigen Gen kodiert, es bedarf keiner chemischen Veränderungen, auch die Zugabe eines Chromophors ist nicht erforderlich - jede Untereinheit des Enzyms besitzt einen eigenen Blaulicht-Photorezeptor - , das Substrat (ATP) ist in ausreichender Menge vorhanden und das Protein wirkt in der Zelle nicht toxisch. "Damit haben vor allem Neurobiologen ein ideales Werkzeug, um Signalpfade im Tiermodell zu studieren und Fragen beispielsweise zum Lernen und zur Gedächtnisbildung bei Drosophila aufzugreifen", betonen Nagel und Schwärzel.

Originalpublikation:

Saskia Schröder-Lang, Martin Schwärzel, Reinhard Seifert, Timo Strünker, Suneel Kateriya, Jens Looser, Masakatsu Watanabe, U Benjamin Kaupp, Peter Hegemann & Georg Nagel,

Fast manipulation of cellular cAMP level by light in vivo, Nature Methods, Advanced Online Publication, 26. November 2006

Link zum Film:
http://www.uni-saarland.de/fak8/bi13wn/zoologie/neue_datei2.html
(Film und Bilder ab Montag 27.11.06 verfügbar)
Kontakt:
Dr. Martin Schwärzel
Universität des Saarlandes
Telefon: +49 681 302 58137
Fax: +49 681 302 66 52
E-mail: m.schwaerzel@mx.uni-saarland.de
Prof. Dr. Georg Nagel
Universität Würzburg, Julius-von-Sachs-Institut, Würzburg
Telefon: + 49 931 888 6143
Fax: + 49 931 888 6158
E-mail: nagel@botanik.uni-wuerzburg.de

Saar - Uni - Presseteam | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-saarland.de/fak8/bi13wn/zoologie/neue_datei2.html

Weitere Berichte zu: Adenylatcyclase Blaulicht Botenstoff Enzym Fliege Gen Protein

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aufräumen? Nicht ohne Helfer
19.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Einzelne Rezeptoren auf der Arbeit
19.10.2017 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Aufräumen? Nicht ohne Helfer

19.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Biotinte für den Druck gewebeähnlicher Strukturen

19.10.2017 | Materialwissenschaften

Forscher studieren molekulare Konversion auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden

19.10.2017 | Physik Astronomie