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 Zirkuläre RNA wird in Proteine übersetzt
24.03.2017 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen
24.03.2017 | Universität Bayreuth

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: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise