Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Moleküle in Bewegung

26.02.2013
Viele Funktionen von Biomolekülen können erst verstanden werden, wenn die Dynamik ihrer Bewegungen unter zellähnlichen Bedingungen bekannt ist.

Forscher aus Innsbruck und New York setzen ein hochmodernes Verfahren ein, mit dem sie das dynamische Verhalten einzelner Biomoleküle sehr genau ermitteln können. Es liefert wichtige Einsichten in die Funktionsweise von Genschaltern.


Riboschalter regulieren die Biosynthese und den Transport des Metaboliten Thiaminpyrophosphat (TPP). Grafik: Uni Innsbruck

Die DNA hat eine kleine Schwester, die Boten-RNA. Diese transportiert die Erbgut-Information in die Proteinfabriken der Zelle. Im Jahr 2000 entdeckten Wissenschaftler um Ronald R. Breaker, dass die Boten-RNA Kontrollelemente enthalten kann, mit denen diese Moleküle ihr eigenes Gen ein- oder ausschalten können. Bakterien dient dies zum Beispiel dazu, viele Stoffwechselvorgänge zu regulieren. So passen sie ihre Produktionsmaschinerie dem aktuellen Bedarf in einer Zelle an. Diese sogenannten Riboschalter haben auch das Interesse der Arbeitsgruppe um Prof. Ronald Micura am Institut für Organische Chemie und dem Centrum für Molekulare Biowissenschaften der Universität Innsbruck (CMBI) geweckt. Gemeinsam mit Wissenschaftlern des Weill Cornell Medical College in New York nutzen sie eine neue Technik, den Single-Molecule Fluorescence Resonance Energy Transfer (smFRET), um die Dynamik einzelner Riboschalter-Moleküle zu untersuchen. „Die biologische Aktivität eines Molekül erschließt sich selten nur aus der chemischen Struktur“, sagt Ronald Micura. „Entscheidend ist meist, wie sich diese Struktur im Laufe der Zeit ändert, also die Beweglichkeit des Moleküls.“

Know-how aus Tirol

Die Chemiker um Ronald Micura sind weltweit führend bei der synthetischen Herstellung und Modifizierung von Biomolekülen. Mit üblichen Syntheseverfahren ist es nämlich kaum möglich, mehr als 50 Basenbausteine gezielt zusammenzusetzen. Micura und seine Mitarbeiter haben ein raffiniertes Verfahren entwickelt, mit dem sie chemisch synthetisierte RNA-Teile nach Belieben kombinieren können. Sie greifen dabei auf einen Trick der Natur zurück: Bestimmte Enzyme können RNA-Strangbrüche reparieren, indem sie die Teile durch chemische Bindungen wieder aneinanderfügen. Bietet man diesen Enzymen die künstlich hergestellte RNA an, knüpfen sie auch daraus lange Ketten. So bilden die Chemiker natürliche Riboschalter nach und markieren diese an den entscheidenden Stellen mit Farbstoffen. Im Labor der New Yorker Forscher werden diese oft in monatelanger Feinarbeit hergestellten Riboschalter dann mit Hilfe von Laserlicht analysiert.

Auf größere biomolekulare Maschinen ausweiten

In der amerikanischen Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) haben die Forscher nun Ergebnisse der Untersuchung eines der verbreitetsten Riboschalter-Moleküle veröffentlicht. Diese kommen in Bakterien, Pflanzen und Pilzen vor und regulieren die Biosynthese und den Transport des Metaboliten Thiaminpyrophosphat (TPP), einem Abkömmling von Vitamin B1. Mit dem neuen Verfahren können die Forscher die Bewegungen einzelner Moleküle im Millisekundentakt beobachten. „Wir waren sehr überrascht zu sehen, wie beweglich die beiden Arme des Moleküls sind, welche in der Kristallstruktur eine starre Interaktion implizieren“, erzählt Micura. „Dort liegt auch die Bindetasche des Metaboliten, der an die RNA andockt und das entsprechende Gen abschaltet.“ Möglich ist diese genaue Beobachtung nur durch die selektive Modifizierung der RNA-Moleküle in den Innsbrucker Labors. Micura und sein amerikanischer Partner haben sich das entsprechende Verfahren in der Zwischenzeit auch patentieren lassen und wollen nun in einem gemeinsamen, von der National Science Foundation NSF und dem Wissenschaftsfonds FWF geförderten Projekt ihre Techniken auch auf noch größere Biomoleküle ausweiten. „Wir wollen den gesamten Translations-Mechanismus - als jene Maschinerie, die aus Erbgutinformation Proteine erzeugt - untersuchen“, blickt Micura bereits in die Zukunft.

Publikation: Folding and ligand recognition of the TPP riboswitch aptamer at single-molecule resolution. Andrea Haller, Roger B. Altman, Marie F. Soulière, Scott C. Blanchard, and Ronald Micura. PNAS 2013 DOI: 10.1073/pnas.1218062110

Rückfragehinweis:
Ronald Micura
Institut für Organische Chemie
Universität Innsbruck
Tel.: +43 512 507-57710
E-Mail: Ronald.Micura@uibk.ac.at
Christian Flatz
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Universität Innsbruck
Tel.: +43 512 507 32022
Mobil: +43 676 872532022
E-Mail: christian.flatz@uibk.ac.at

Dr. Christian Flatz | Universität Innsbruck
Weitere Informationen:
http://www.uibk.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden neue Ansätze gegen Wirkstoffresistenzen in der Tumortherapie
15.12.2017 | Universität Leipzig

nachricht Moos verdoppelte mehrmals sein Genom
15.12.2017 | Philipps-Universität Marburg

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: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik