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Europäische Finanzspritze für die Strukturforschung

06.07.2004


EU-Kommission fördert Exzellenz-Netzwerk für dreidimensionale Elektronenmikroskopie (3D-EM)


Vom zweidimensionalen (2D) Kristall zur Proteinstruktur: Der Weg vom Proteinkristall zum Strukturmodell umfasst zahlreiche Schritte. Zunächst müssen mit einem hochauflösenden Elektronenmikroskop Bilder der 2D-Kristalle aufgenommen werden. Die gewonnenen Daten werden digitalisiert und daraus dann die Strukturinformation der Kristalle mit komplexen Bildbearbeitungs-Programmen extrahiert. Die Interpretation der Strukturinformation liefert schließlich ein dreidimensionales Modell der Proteinstruktur, dessen Qualität vom Erfolg aller vorangegangenen Bearbeitungsschritte abhängt. Bild: Maurice Mueller Institut, Biozentrum, Basel



Mit 10 Millionen Euro fördert die Europäische Kommission jetzt die Zusammenarbeit europäischer Experten der Elektronenmikroskopie. Die Mittel dienen der Einrichtung eines Exzellenz-Netzwerks für dreidimensionale Elektronenmikroskopie (3D-EM). 15 Exzellenzzentren aus dem europäischen Raum, darunter zwei Max-Planck-Institute, sind an dem Network of Excellence beteiligt. 3D-EM soll als europäisches Forum wirken, um die Kommunikation zwischen Wissenschaftlern und Unternehmen auf diesem Fachgebiet zu verbessern, gemeinsame Forschungsprojekte und Datenstandards zu unterstützen und die Umsetzung technologischer Innovationen beschleunigen zu helfen. Ergänzt werden die wissenschaftlichen Kooperationsprojekte durch ein hochkarätiges Trainingsprogramm, das die Ausbildungschancen für den wissenschaftlichen Nachwuchs im Bereich der Strukturbiologie verbessern wird.



Das ambitionierte Ziel des 3D-EM-Netzwerkes ist die dreidimensionale (3D) Darstellung von Makromolekülen und molekularen Maschinen in lebenden Zellen mit atomarer Auflösung. Langfristiges Ziel des Exzellenz-Netzwerkes ist die dreidimensionale Darstellung von Zellorganellen und ganzen Zellen mit atomarer Auflösung.

Diese Vision gab den Anstoß, um die führenden europäischen Spezialisten auf den Gebieten der Elektronentomographie, der Elektronenkristallographie und der "single particle"-Analyse - der Aufklärung einzelner Moleküle - in einem Projekt zusammen zu bringen. Gründungsmitglieder des Exzellenz-Netzwerkes sind 15 führende europäische Institutionen auf dem Gebiet der Elektronenmikroskopie, darunter die Max-Planck-Institute für Biochemie in Martinsried und für Biophysik in Frankfurt. Die Leitung des Konsortiums liegt bei Prof. Andreas Engel am Biozentrum Basel, das wissenschaftliche Management beim Martinsrieder Max-Planck-Institut für Biochemie.

Das 3D-EM-Netzwerk bildet in den kommenden fünf Jahren eine Plattform, um die Forschungsarbeiten der verschiedenen europäischen Arbeitsgruppen miteinander zu verbinden und zu koordinieren. Dabei gilt es zunächst, jene Fragen zu definieren, die derzeit den Fortschritt in der Forschung hemmen, um diese dann in gemeinsamer Anstrengung zu lösen.

Das 3D-EM-Netzwerk wird sich zu Beginn auf drei Bereiche konzentrieren:
(1) Die Entwicklung eines hochkarätigen Trainingsprogramms in der Strukturbiologie. Die Federführung dafür liegt bei Andreas Hoenger vom European Molecular Biology Laboratory, Heidelberg (EMBL). Diese Institution veranstaltet seit vielen Jahren die "EMBO-Kurse", die in der Fachwelt einen hervorragenden Ruf genießen. In Kooperation mit dem EMBL wird das 3D-EM-Netzwerk in Europa Kurse und Workshops zu zahlreichen Themen anbieten, darunter Kryo-Elektronenmikroskopie, Elektronentomographie, Bildverarbeitung und Bioinformatik. Diese Kurse dienen der Ausbildung junger Wissenschaftler und der Vermittlung neuester Methoden.

(2) Die Einrichtung einer Struktur-Datenbank für Elektronenmikroskopie. Diese Datenbank wird gemäß den Anforderungen der Wissenschaftler erstellt, um als gemeinsamer Speicher für elektronenmikroskopische Strukturen zu dienen. Sie ist eine wesentliche Voraussetzung, um Strukturdaten unterschiedlicher Labors problemlos austauschen und vergleichen zu können. Dazu müssen zunächst Standard-Datenformate und Validierungskriterien entwickelt werden. Hierbei werden die Wissenschaftler des europäischen Exzellenz-Netzwerks mit bereits bestehenden europäischen und US-amerikanischen Strukturdatenbanken zusammenarbeiten, um die Kompatibilität der Datenformate zu sichern und auch einen Informations-Austausch über die Grenzen ihres Netzwerks hinweg zu ermöglichen.

(3) Die Entwicklung einer Anwender-freundlichen Software-Plattform. Derzeit werden für die Erhebung und Auswertung elektronenmikroskopischer Daten in den europäischen Labors viele unterschiedliche Programme verwendet. Dabei handelt es sich häufig um Eigenentwicklungen, die speziell an die Fragestellungen einzelner Arbeitsgruppen angepasst sind. Diese folgen keinem gemeinsamen Standard und daher erfordert ihre Verwendung ein hohes Maß an Vorwissen. Ziel der Arbeiten von 3D-EM wird es sein, die Entwicklungsarbeit der zahlreichen Gruppen in eine gemeinsame neue, standardisierte Software-Plattform zu integrieren, die ein breites Anwendungsspektrum bietet und den Wissenschaftlern die Nutzung vereinfacht.

Der langfristige Erfolg von 3D-EM bei der Standardisierung und Integration der europäischen elektronenmikroskopischen Forschung wird wesentlich von der intensiven Kommunikation mit der wissenschaftlichen "community" außerhalb des Netzwerkes abhängen. Verschiedene Informationskanäle werden zur Verbreitung der Ergebnisse und Innovationen beitragen, darunter eine enge Kooperation von 3D-EM mit der europäischen Gesellschaft für Elektronenmikroskopie (EMS) und die Durchführung von Ausbildungskursen auf dem neuesten Stand der Technik. Mittelfristig geplant ist eine Erweiterung des zunächst in sieben europäischen Ländern aktiven 3D-EM-Netzwerkes durch die Beteiligung von Experten aus weiteren Ländern.

Das 3D-EM Exzellenz-Netzwerk hat seine Arbeit formal am 1. März 2004 aufgenommen. Die offizielle Eröffnungsveranstaltung fand Ende März am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried bei München statt.

Partner im "3D-EM Network of Excellence":
Universität Basel, Biozentrum, Basel, Schweiz
Max Planck Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Deutschland: MPI für Biochemie und MPI für Biophysik
Centro Nacional de Biotecnologia, CSIC, Madrid, Spanien
European Molecular Biology Lab, Heidelberg, Deutschland, und EMBL-EBI, Hinxton, Großbritannien
FEI Electron Optics B.V., Eindhoven, Niederlande
Karolinska Institutet, Stockholm, Schweden
Centre National de la Recherche Scientifique, Paris, Frankreich
Université Pierre et Marie Curie, Paris, Frankreich
Chemistry Center, Universität Lund, Schweden
Universität Utrecht, Niederlande
The Chancellor, Masters and Scholars of the University of Oxford, Großbritannien
Imperial College, London, Großbritannien
Birkbeck College, London, Großbritannien
Universität Lausanne, Schweiz

Michael Frewin | MPG
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

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