Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Biomolekulares Material kann Kräfte erzeugen wie lebende Zellen

19.01.2007
Forscher entwickeln Modell-System aus zwei Proteinen und dem Energielieferanten ATP

Wissenschaftler aus Göttingen und Amsterdam (Niederlande) haben ein biomolekulares Material mit außergewöhnlichen Eigenschaften entwickelt: Es kann Aktivität generieren, die der von lebenden Zellen stark ähnelt. Grundlage bildet ein Modell-System, das aus nur drei Komponenten - den Proteinen Aktin und Myosin sowie dem Energielieferanten ATP - besteht.

Diese können ähnliche interne Kräfte erzeugen, wie sie bei der Bewegung von Zellen entstehen. Die Forschungsarbeiten wurden unter der Leitung von Christoph F. Schmidt am III. Physikalischen Institut der Universität Göttingen und dem DFG Forschungszentrum Molekularphysiologie des Gehirns (CMPB) in Kooperation mit Experten der Freien Universität Amsterdam durchgeführt. Die Ergebnisse, die für Anwendungen in der Biotechnologie und der Pharmakologie von Bedeutung sind, veröffentlicht das Magazin "Science" in seiner aktuellen Ausgabe vom 19. Januar 2007. Bewegung ist für Zellen von grundlegender Bedeutung.

So müssen beispielsweise Verbindungen zwischen Nervenzellen bis zu einem Meter im Körper wachsen, um sich mit anderen Zellen vernetzen zu können. Darüber hinaus ist sie notwendig für die Zellteilung oder den Transport von Botenstoffen innerhalb einer Zelle. Verantwortlich für diese Bewegungsabläufe ist das Skelett der Zelle - das so genannte Zytoskelett. Anders als das starre Knochengerüst des Menschen handelt es sich dabei um ein dynamisches Gebilde, das gleichzeitig die Stabilität und die Beweglichkeit der Zelle sicherstellt. Die molekularen Mechanismen, die der Dynamik des Zellskeletts zu Grunde liegen, sind vielschichtig und äußerst komplex.

Um diese physikalisch besser analysieren zu können, hat Prof. Schmidt zusammen mit Kollegen aus Amsterdam ein stark vereinfachtes Modell-System entwickelt: Es besteht aus den drei Hauptkomponenten, die in Zellen für Bewegung sorgen. Eine dieser Komponenten ist das Protein Aktin, das nicht nur in Zellen vorkommt, sondern als Hauptbestandteil von Muskelgewebe auch zuständig ist für die Muskelkontraktion. Innerhalb von Zellen dient Aktin vor allem der Stabilisierung der Zellmembran und der Zellbewegung. In Kombination mit dem Motorprotein Myosin und dem Energielieferanten Adenosintriphosphat (ATP) erzeugt es in dem von Prof. Schmidt und seinen Kollegen entwickelten Modell-System Kräfte und Bewegungen, wie sie auch in Zellen zu beobachten sind.

Entstanden ist so ein aktives biomolekulares Material mit ungewöhnlichen Eigenschaften. Ähnlich wie das Skelett von Zellen kann es seine mechanische Beschaffenheit verändern und die Steifigkeit fast hundertfach erhöhen. Zum Vergleich: Gummi, aus dem zum Beispiel Autoreifen hergestellt werden, besitzt diese Fähigkeit nicht.

Das vereinfachte Modell-System bietet den Wissenschaftler für die Forschung eine Reihe von Vorteilen: Alle Komponenten des Systems sind bekannt und können unter gut kontrollierten Bedingungen untersucht werden. So lassen sich viel genauer Daten erheben als dies in einer komplexen, lebenden Zelle möglich wäre. Diese detaillierten Informationen machen es möglich, physikalische Gesetzmäßigkeiten von so genannten "Nichtgleichgewichtsmaterialien" zu erforschen. Nichtgleichgewicht im thermodynamischen Sinn bedeutet hier, dass ständig Energie verbraucht wird, was in "gewöhnlichen" technischen Materialien wie Plastik oder Metallen nicht oder nur in einem zu vernachlässigenden Umfang der Fall ist. Darüber hinaus bieten die Forschungsergebnisse neue Ansatzpunkte für die Entwicklung "intelligenter" Materialien, die für Anwendungen in der Biotechnologie oder der Pharmakologie von Interesse sind.

Originalveröffentlichung
Mizuno D, Tardin C, Schmidt CF, MacKintosh FC: Nonequilibrium mechanics of active cytoskeletal networks.

Science 316, 19 January 2007.

Kontaktadresse:
Prof. Dr. Christoph F. Schmidt
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Physik - III. Physikalisches Institut
Friedrich-Hund-Platz 1, 37077 Göttingen
Telefon (0551) 39-7740, Fax (0551) 39-7720
e-mail: c.f.schmidt@dpi.physik.uni-goettingen.de

Dr. Kerstin Mauth | idw
Weitere Informationen:
http://www.dpi.physik.uni-goettingen.de

Weitere Berichte zu: ATP Aktin Energielieferant Modell-System Protein Zelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut
20.10.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Aus der Moosfabrik
20.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

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: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

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...

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

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise