Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Proteine trennen, messen und verwalten

18.04.2002


Bei der Computeranalyse eines digitalisierten Elektrophorese-Gels.

© Fraunhofer FIT


Die Software GREG erkennt nicht nur automatisch Flecke und deren Positionen in einem digitalisierten Elektrophorese-Gel (Registrierung). Jeder Spot lässt sich überdies bezüglich seiner Intensitätsverteilung auswerten (Konzentration eines Stoffs). Das Histogramm links unten zeigt, dass zwei Spots sehr nah beieinander liegen - GREG trennt sie (Segmentierung).


© Fraunhofer FIT


Nachdem das menschliche Genom weitgehend entschlüsselt ist, erforschen Wissenschaftler der Life Sciences zunehmend Proteine. Der Königsweg, um Gemische von solchen und anderen Biomolekülen zu trennen und zu kartieren, heißt Gelelektrophorese. Die Software GREG wertet deren Informationen vollautomatisch aus und legt sie in Datenbanken ab. Ihr Projekt stellen die Entwickler vom 23. bis 26. April auf der Analytica in München vor.

Leser von Presseinformationen gehören zu den höheren Organismen. Wie alle Vielzeller bestehen sie etwa zur Hälfte ihrer Trockenmasse aus Eiweiß. 100 000 bis eine Million verschiedene Proteine bauen Gewebe auf und sind an den komplexesten Stoffwechselvorgängen im Körper beteiligt. Nachdem das menschliche Genom weitgehend bekannt ist, richtet sich das Augenmerk von Biologen und Chemikern nun zunehmend auf das Proteom. Diese neuere Wortschöpfung bezeichnet die Gesamtheit aller Proteine, die ein Organismus während seines Leben bildet. Spezialisten der jungen Forschungsrichtung Proteomik schätzen, dass es zehn- bis einhundertmal umfangreicher ist als das Genom, das die Biosynthese aller Proteine kodiert und steuert. Die Frage »Wie funktioniert Leben?« wird die Forschung also noch einige Zeit beschäftigen.

Eine der wichtigsten Methoden, um eine komplexe Mischung von Proteinen oder deren Bruchstücke in ihre Bestandteile aufzutrennen, ist die Elektrophorese. Der Biochemiker bringt dazu eine Proteinlösung auf eine durchsichtige Platte auf, die mit einem polymeren Gel beschichtet ist. Nachdem eine elektrische Spannung angelegt wurde, wandern die Moleküle langsam durch das Gel. Die jeweilige Größe und der pH-Wert bestimmen, wie schnell: Große Moleküle mit geringer elektrischer Ladung sind langsam. Schaltet der Chemiker den Strom ab, bleiben die Proteine an unterschiedlichen Positionen der »Rennbahnen« liegen. Ein Farbstoff, der nur mit Proteinen reagiert, macht sie als Flecke auf dem Gel sichtbar.

Auf einer modernen Elektrophoreseplatte werden bis zu 10 000 Proteine gleichzeitig aufgetrennt. Mehrere Wettrennen mit identischen Lösungen erhöhen nicht nur die Genauigkeit der Messung, sondern auch die Datenmenge. Angesichts der Anzahl von Flecken kann dem Auswerter schwummrig vor Augen werden. Helfer in der Not sind Scanner, Computer und Bildauswertungssoftware. »Bei der eigentlichen Analyse ist der Mensch jedoch das Maß aller Dinge«, weiß Alexander Kort, der am Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT an einem Gel-Auswertungs-Projekt beteiligt ist. »Auge und Hirn wenden äußerst komplexe Verfahren an, um gleichzeitig lokale und globale Fleckenmuster, ihre Intensitäten und Kontraste zu analysieren und zu bewerten. Der Computer dagegen ’sieht’ im gescannten Bild zunächst nicht mehr als eine Pixelmatrix mit Graustufen zwischen 0 und 255. Doch können wir mit unserem vollautomatischen Analyseverfahren die Leistung der auswertenden Forscher deutlich erweitern. Wesentlich ist uns, dass sie von der reinen Datenaufnahme und -auswertung entlastet werden. Sie gewinnen Zeit, um sich kreativeren Fragen zu widmen.«

Dazu entwickeln die Informatiker von FIT gemeinsam mit Aventis Research & Technologies ein neues Softwaresystem. »Um mehrere Elektrophorese-Gele aus identisch durchgeführten Versuchen vergleichen zu können, müssen sie zunächst registriert werden - daher der Name unseres Projekts: GREG«, erklärt Kort. »Vereinfacht ausgedrückt bedeutet dies, dass die Software automatisch ein für alle Flecke gemeinsames Koordinatensystem erzeugt. Danach werden diese Spots segmentiert. Dies gewährleistet zum Beispiel, dass solche, die sehr nahe beeinander liegen, getrennt erfasst werden.«

Positionen und Intensitäten der Flecke zu kennen, ist jedoch erst der Anfang. Für ein modernes Auswertungssystem wie GREG ist entscheidend, auch Datenbanken zu verwalten. Der Anwender kann daraus sämtliche, bereits aufgenommenen Gelbilder schnell abrufen und visuell mit solchen aus neuen Experimenten vergleichen. Auf diesem Wege lassen sich beispielsweise Unterschiede zwischen gesunden und erkrankten Organismen leicht identifizieren. Baustein für Baustein wird das Wissen über den Stoffwechsel in Web-basierten Datenbanken abgelegt. So entsteht ein Netzwerk, das die Proteomforscher zu weiterführenden Experimenten inspiriert, woraus letztlich neue zellbiologische Modellvorstellungen erwachsen.

In der heutigen Forschung müssen Wissenschaftler verschiedener Disziplinen eng zusammenarbeiten. Bei GREG wurde deshalb schon in einer frühen Entwicklungsphase darauf geachtet, die verschiedenen Vorgehensweisen und Ziele von Molekularbiologen, Biochemikern, Pharmakologen und Medizinern angemessen zu berücksichtigen. Um deren Kooperation so effizient wie möglich zu gestalten, führen die Wissenschaftler von FIT ständig Trainingskurse an GREG durch. Dieses Wechselspiel zwischen gemeinsamer Arbeit, Training und Softwareentwicklung nennen sie Enabling-System.

Wer mehr zur vollautomatischen Auswertung von elektrophoretischen Proteindaten mit GREG wissen möchte, kann die Entwickler selbst befragen: Vom 23. bis 26. April stellen sie in München auf der Analytica ihr System vor: Halle B 2, Stand 421 / 522.

Dr. Johannes Ehrlenspiel | Presseinformation

Weitere Berichte zu: GREG Gel Genom Organismus Protein

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