Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Proteine in Darmbakterien erkennen die Zellenform

06.09.2012
Protein-Wellen erzeugen geometrische Figuren in künstlicher Membranumgebung und sorgen für Ordnung
Wissenschaftler aus Dresden, Boston und Saarbrücken haben in einer gemeinsamen Studie herausgefunden, wie spezielle Proteine des Darmbakteriums Escherichia Coli die Form der Zelle erkennen können. Diese Arbeit kann helfen, den Zellteilungsmechanismus in Escherichia Coli besser zu verstehen.

In Escherichia coli wird die Zellteilung wesentlich von den sogenannten FtsZ-Proteinen durchgeführt. Bevor es zur Teilung kommt, sammeln sich diese in der Zellmitte und bilden den Z-Ring, der die Mutterzelle in zwei Hälften teilt und die beiden zukünftigen Tochterzellen abschnürt. Aber woher wissen diese speziellen Strukturproteine, dass sie sich während Zellteilung in der Mitte ansiedeln sollen?

In dem Escherichia coli oszillieren Min-Proteine zwischen den beiden Enden des stäbchenförmigen Bakteriums. Auf künstlichen Membranen in Goldmikrostrukturen folgen sie der Ausrichtung.

© Jakob Schweizer, Biotechnologisches Zentrum der TUD

Ihre Lokalisierung wird durch eine weitere Familie von Proteinen reguliert, durch die sogenannten Min-Proteine. Diese oszillieren zwischen den beiden Enden des stäbchenförmigen Bakteriums hin und her und konzentrieren sich dabei an den beiden Polkappen der Zelle, wohingegen die Zellmitte weitestgehend frei bleibt. Da die Min-Proteine FtsZ-Proteine blockieren, kann sich der Z-Ring nur in der Mitte der Mutterzelle ausbilden.

Um das räumliche und zeitliche Verhalten der Min-Proteine genauer zu studieren, haben Wissenschaftler des Biotechnologischen Zentrum der Technischen Universität Dresden (BIOTEC) der Arbeitsgruppe von Professorin Petra Schwille eine künstliche Membranumgebung geschaffen, mit der die Proteine wechselwirken können. Unter Zugabe von Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP), dem Energieträger aller biologischen Zellen, bildeten die Min-Proteine ebene Wellen aus, die sich über den künstlichen Membranteppich ausbreiten. In einer Kooperation mit dem Institut für Integrative Nanowissenschaften des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden wurde das Ausbreitungsverhalten der Min-Protein-Wellen eingehender studiert, indem die künstlichen Membranen durch Gold-Mikrostrukturen in spezifische geometrische Formen gebracht wurden.

„Bei unseren Messungen mit Min-Proteinen auf geometrisch geformten Membranen konnten wir beobachten, dass sich die ausbreitenden Wellen an der vorgegebenen Struktur ausrichten und offenbar somit die Geometrie quasi spüren können“, erläutert Jakob Schweizer, der mit diesem Thema im Fachbereich Physik an der TU Dresden promoviert. “So haben wir zum Beispiel beobachtet, dass in rechteckigen Membranstrukturen die Wellen immer entlang der Diagonalen verlaufen, und in gekrümmten Formen können wir die Wellen sogar um die Ecke lenken.“ Die Arbeit, die diese Woche im Journal Proceedings of the National Academy of Sciences USA veröffentlicht wurde, ist die erfolgreiche Fortführung des Projekts von Dr. Martin Loose, Dr. Walter Seipp-Preisträger der TU Dresden 2011, der gegenwärtig an der Harvard Medical School forscht.

Bei den Min-Protein-Wellen handelt es sich wie bei vielen chemischen Wellen um ein Reaktions-Diffusions-System. Deren theoretische Erforschung hat in Dresden lange Tradition. Co-Autor Prof. Karsten Kruse von der Universität Saarbrücken hat sich bereits am Max-Planck-Institut für Physik Komplexer Systeme mit solchen Phänomenen beschäftigt. Die von seiner Arbeitsgruppe durchgeführten numerischen Simulationen der Min-Protein-Wellen in den geometrischen Membranstrukturen konnten nicht nur die experimentellen Arbeiten der Dresdner Wissenschaftler korrekt vorhersagen, sondern damit auch theoretische Modelle aus der früheren Studie bestätigen.

Weil die Messungen nicht in der biologischen Zelle, sondern in einer künstlichen Membranumgebung durchgeführt wurden, ist diese Arbeit dem Bereich Synthetische Biologie zuzuordnen, der in den letzten Jahren immer mehr Bedeutung für die biologische Grundlagenforschung erlangt hat. „Diese Studie zeigt, dass die Ansätze der synthetischen Biologie viel versprechend sind“, sagt Professorin Petra Schwille. “Es ist in der Tat möglich, zelluläre Prozesse im Reagenzglas nachzubilden und dabei auch noch grundlegende Phänomene zu entdecken, die uns bei der Beobachtung sehr viel komplexerer biologischer Zellen verschlossen bleiben.“ Petra Schwille, bisher Professorin am BIOTEC, ist seit Mai Direktorin am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried. Mit ihren Mitarbeitern setzt sie dort die Erforschung der Min-Proteine und der synthetischen Biologie fort.
Die Studie ist zu finden: www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1206953109

Pressekontakt
Birte Urban-Eicheler, Pressesprecherin Biotechnologisches Zentrum der TU Dresden (BIOTEC), Tel. 0351 458-82065, E-Mail: birte.urban@crt-dresden.de

Prof. Petra Schwille, Department of Cellular and Molecular Biophysics
Max-Planck-Institut für Biochemie, D-82152 Martinsried
Tel.: 089/8578 2901, E-Mail: schwille@biochem.mpg.de

Prof. Karsten Kruse, Theoretische Physik, Universität des Saarlandes
Tel.: 0681 / 302-2763, E-Mail: k.kruse@physik.uni-saarland.de
139Proteine

Das BIOTEChnologische Zentrum (BIOTEC) wurde 2000 als zentrale wissenschaftliche Einrichtung der Technischen Universität Dresden mit dem Ziel gegründet, modernste Forschungsansätze in der Molekular- und Zellbiologie mit den in Dresden traditionell starken Ingenieurswissenschaften zu verbinden. Innerhalb der TU Dresden nimmt das BIOTEC eine zentrale Position in Forschung und Lehre mit dem Schwerpunkt „Molecular Bioengineering und Regenerative Medizin“ ein. Es trägt damit entscheidend zur Profilierung der TU Dresden im Bereich moderner Biotechnologie und Biomedizin bei. Die Forschungsschwerpunkte der internationalen Arbeitsgruppen bilden die Genomik, die Proteomik, die Biophysik, zelluläre Maschinen, die Molekulargenetik, die Gewebezüchtung und die Bioinformatik.

Kim-Astrid Magister | idw
Weitere Informationen:
http://www.tu-dresden.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ionen gegen Herzrhythmusstörungen – Nicht-invasive Alternative zu Katheter-Eingriff
20.01.2017 | GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

nachricht Leibwächter im Darm mit chemischer Waffe
20.01.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

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: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise