Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuer Sensor spürt winzige Mengen Traubenzucker auf

25.03.2003


Tübinger Wissenschaftler berichten im Journal of Biological Chemistry



Die Gewebe der vielzelligen Lebewesen von der Pflanze bis zum Menschen benötigen ständigen Nachschub an Zucker, am besten in Form von Traubenzucker, der Glukose. Ein Mensch muss nicht ständig Traubenzucker essen, um die Zellen zu versorgen, denn der Körper kann Glukose auch aus anderen Stoffen gewinnen. Glukose kann in der Zelle besonders schnell verbrannt werden, die Zelle gewinnt Energie. Die Zellen müssen den Glukosespiegel in einem engen Rahmen halten, auch wenn der Glukosegehalt des Blutes schwankt, weil der Körper etwa durch sportliche Leistungen mehr Zucker verbraucht oder durch eine Mahlzeit größere Mengen aufnimmt. Der Glukosespiegel in der Zelle hängt dabei einerseits vom Transport der Moleküle in die Zelle und aus ihr heraus sowie andererseits vom Stoffwechsel ab, durch den Glukose ab- oder umgebaut wird. Wie grundlegend wichtig die Regulation des Zuckerspiegels ist, zeigt die Volkskrankheit Diabetes, die unbehandelt zahlreiche gesundheitliche Probleme nach sich ziehen kann. Die Tübinger Forscher Marcus Fehr, Dr. Sylvie Lalonde, Ida Lager und Michael W. Wolff haben nun unter der Leitung von Prof. Wolf Frommer am Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP) der Universität Tübingen einen Sensor entwickelt und in tierische Zellen eingebracht, mit dem sich in der lebenden Zelle Aufnahme, Verteilung und Stoffwechsel von Glukose in Echtzeit verfolgen lassen. Die Forschungsergebnisse werden jetzt von der Fachzeitschrift Journal of Biological Chemistry veröffentlicht und sind online unter www.jbc.org nachzulesen (Version im pdf-Format: www.jbc.org/cgi/reprint/M301333200v1.pdf).

... mehr zu:
»Glukose »Protein »Zelle


Die Forschergruppe um Prof. Wolf Frommer hatte im vergangenen Jahr bereits einen Zellsensor für Maltose, ein anderes Zuckermolekül, entwickelt (siehe Pressemitteilung vom 9. Juli 2002). Der neue Sensortyp für Glukose ist jedoch in Forschung und Anwendung von weitaus größerer Bedeutung, da Glukose universell vor allem auch von Zellen der Säugetiere als Energielieferant genutzt wird. Um zu erforschen, was sich auf dem Niveau einer einzelnen Zelle abspielt, welche Stoffe gebildet, herein- oder heraustransportiert werden, mussten die Forscher die Zellen bisher meistens fixieren oder bestimmte Stoffe mit Markern versehen. Dabei wird häufig die Zellstruktur zerstört und bei Messungen lässt sich kaum feststellen, welche Effekte auch im intakten Gewebe auftreten und welche erst durch die Beschädigung oder Zerstörung der Zelle entstanden sind. Die neu entwickelten Sensoren für bestimmte Zuckermoleküle lassen sich dagegen in lebenden Zellen einsetzen und eröffnen den Forschern die Möglichkeit, sehr schnell auch winzige Konzentrationsänderungen im Nanobereich festzustellen.

Um einen zuverlässigen Sensor für Glukose oder einen anderen bestimmten Stoff zu erhalten, brauchen die Forscher mehrere Zutaten: Zunächst ein Molekül, ein Protein, das spezifisch möglichst nur diesen einen Stoff bindet. Daran muss sich eine Signalkette anschließen, an deren Ende ein gut messbares Signal steht - die Tübinger Forscher nutzen dafür die Intensität von Fluoreszenzlicht. Als spezifisches Molekül, das Glukose bindet, haben die Wissenschaftler ein Protein aus Bakterien (periplasmic glucose/galactose binding protein, GGBP) gewählt. Sie haben das Glukose-Bindungsprotein gentechnisch verändert, um es für den physiologischen Messbereich des Zuckers in Zellen besonders empfindlich zu machen. An das Glukose-Bindungsprotein werden zwei fluoreszierende Proteine angehängt. Eines davon kann durch blaues Licht angeregt werden und überträgt die Resonanzenergie an den zweiten Proteinanhang, der in einer anderen Farbe leuchtet. Das Licht wird gemessen. Wenn sich nun ein Glukosemolekül an das Bindungsprotein heftet, verändert dieses seine Form. Die beiden fluoreszierenden Proteine an seinen Enden werden dabei auseinandergedrückt. Als Folge nimmt die Energieübertragung ab. So lässt sich indirekt bestimmen, wie viele Glucosemoleküle in einem bestimmten Zeitraum gebunden werden.

Das Glukose-Bindungsprotein und das Maltose-Bindungsprotein, das die Forscher im vergangenen Jahr zur Entwicklung eines Maltose-Sensors genutzt hatten, zeigen große Unterschiede in der Zusammensetzung ihrer Bausteine, der Aminosäuren. Die Bindungsproteine sind evolutionsgeschichtlich nicht eng verwandt, zeigen aber eine ähnliche dreidimensionale Form. Prof. Frommer und seine Mitarbeiter werten es als großen Erfolg, dass sich zwei so unterschiedliche Proteine für den gleichen Sensortyp nutzen lassen. Sie gehen davon aus, dass sich durch ähnliche Verfahren auch Sensoren für weitere Zuckersorten, Aminosäuren und zum Beispiel auch für die Botenstoffe, die Informationen zwischen Nervenzellen vermitteln, herstellen lassen. Um den neuen Nanosensor zur Messung der Glukosekonzentration in lebenden Zellen zu testen, haben die Wissenschaftler Zellkulturen der Niere von Grünen Meerkatzen verwendet. Sie gehen jedoch davon aus, dass sich der Sensor ebenso in anderen Zellen von Säugetieren einsetzen lässt, auch beim Menschen. Der neue Sensor ist daher zum Beispiel für die medizinische Erforschung des Diabetes interessant.


Nähere Informationen:

Prof. Wolf B. Frommer
Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP)
Auf der Morgenstelle 1
72076 Tübingen
Tel. 07071 - 2972605
Fax 07071 - 293287
E-Mail: frommer@ZMBP.uni-tuebingen.de

Michael Seifert | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-tuebingen.de

Weitere Berichte zu: Glukose Protein Zelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Die neue Achillesferse von Blutkrebs
22.05.2018 | Ludwig Boltzmann Gesellschaft

nachricht Schnelltests für genauere Diagnose bei Hirntumoren
17.05.2018 | Universitätsklinikum Heidelberg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt

Wie verleiht man Zellen neue Eigenschaften ohne ihren Stoffwechsel zu behindern? Ein Team der Technischen Universität München (TUM) und des Helmholtz Zentrums München veränderte Säugetierzellen so, dass sie künstliche Kompartimente bildeten, in denen räumlich abgesondert Reaktionen ablaufen konnten. Diese machten die Zellen tief im Gewebe sichtbar und mittels magnetischer Felder manipulierbar.

Prof. Gil Westmeyer, Professor für Molekulare Bildgebung an der TUM und Leiter einer Forschungsgruppe am Helmholtz Zentrum München, und sein Team haben dies...

Im Focus: LZH showcases laser material processing of tomorrow at the LASYS 2018

At the LASYS 2018, from June 5th to 7th, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) will be showcasing processes for the laser material processing of tomorrow in hall 4 at stand 4E75. With blown bomb shells the LZH will present first results of a research project on civil security.

At this year's LASYS, the LZH will exhibit light-based processes such as cutting, welding, ablation and structuring as well as additive manufacturing for...

Im Focus: Kosmische Ravioli und Spätzle

Die inneren Monde des Saturns sehen aus wie riesige Ravioli und Spätzle. Das enthüllten Bilder der Raumsonde Cassini. Nun konnten Forscher der Universität Bern erstmals zeigen, wie diese Monde entstanden sind. Die eigenartigen Formen sind eine natürliche Folge von Zusammenstössen zwischen kleinen Monden ähnlicher Grösse, wie Computersimulationen demonstrieren.

Als Martin Rubin, Astrophysiker an der Universität Bern, die Bilder der Saturnmonde Pan und Atlas im Internet sah, war er verblüfft. Die Nahaufnahmen der...

Im Focus: Self-illuminating pixels for a new display generation

There are videos on the internet that can make one marvel at technology. For example, a smartphone is casually bent around the arm or a thin-film display is rolled in all directions and with almost every diameter. From the user's point of view, this looks fantastic. From a professional point of view, however, the question arises: Is that already possible?

At Display Week 2018, scientists from the Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP will be demonstrating today’s technological possibilities and...

Im Focus: Raumschrott im Fokus

Das Astronomische Institut der Universität Bern (AIUB) hat sein Observatorium in Zimmerwald um zwei zusätzliche Kuppelbauten erweitert sowie eine Kuppel erneuert. Damit stehen nun sechs vollautomatisierte Teleskope zur Himmelsüberwachung zur Verfügung – insbesondere zur Detektion und Katalogisierung von Raumschrott. Unter dem Namen «Swiss Optical Ground Station and Geodynamics Observatory» erhält die Forschungsstation damit eine noch grössere internationale Bedeutung.

Am Nachmittag des 10. Februars 2009 stiess über Sibirien in einer Höhe von rund 800 Kilometern der aktive Telefoniesatellit Iridium 33 mit dem ausgedienten...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt

22.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Mikroskopie der Zukunft

22.05.2018 | Medizintechnik

Designerzellen: Künstliches Enzym kann Genschalter betätigen

22.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics