Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Mikroskopie-Technik bringt Feinstrukturen des Lebens ans Licht

09.09.2016

Wissenschaftler aus Deutschland, Holland, Israel und den USA haben im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit erstmals die Ultrastruktur der so genannten Fibers des Archaeums „Ignicoccus hospitalis“, das bestimmt. Diese Zellanhänge dienen dem Archaeum zum Festsetzen an Oberflächen. Sehr ähnliche Zellanhänge werden von anderen Archaeen zur Fortbewegung genutzt. Damit ist nun die Ultrastruktur von Bewegungsorganellen aus allen drei Domänen des Lebens – Bakterien, Archaeen und Eukaryonten – bekannt.

Die Anzucht der Zellen und Präparation der Zellanhänge war nur im weltweit einmaligen Archaeen-Zentrum der Universität Regensburg möglich (Prof. Dr. Reinhard Wirth). Grundlegende elektronenmikroskopische Analysen wurden am Zentrum für Elektronenmikroskopie an der Fakultät für Biologie und vorklinische Medizin der Universität Regensburg durchgeführt (Prof. Dr. Reinhard Rachel).


links: Kryo-elektronenmikroskopische Aufnahme eines Filamentes (© Prof. Wirth, Universität Regensburg) rechts: daraus resultierende Struktur im hochaufgelösten 3D-Modell (© Forschungszentrum Jülich)

links: © Prof. Wirth, Universität Regensburg. rechts: (© Forschungszentrum Jülich)


Die hochauflösenden elektronenmikroskopischen Bilder konnten nicht in Regensburg aufgezeichnet werden, da ein entsprechendes Gerät – ein Kryo-Elektronenmikroskop – derzeit an der Universität Regensburg (noch?) nicht vorhanden ist. Sie wurden in Holland mit einem Kryo-Elektronenmikroskop aufgezeichnet, in einem Verfahren, das mit schockgefrorenen Proben arbeitet.

Die Analyse der Daten erfolgte durch Wissenschaftler aus Israel und aus den USA. Eine Gruppe aus dem Forschungszentrum Jülich entwickelte die Berechnungsmethoden zur Datenanalyse und führte den Großteil der Strukturaufklärung durch. Mit dem Elektronenmikroskop mit einer Auflösung von ca. 4 Angstrom wurde ein Modell der Filamente des Bakteriums „Ignicoccus hospitalis“ in atomarem Detail erstellt.

Diese langgestreckten Proteinfasern besitzen große Ähnlichkeit zu sogenannten Flagellen, mit deren Hilfe sich viele Prokaryonten fortbewegen. Das detaillierte 3D-Modell der Struktur könnte so zu einem besseren Verständnis dieser biologischen Antriebssysteme beitragen.

Die Struktur der Fiber von Ignicoccus hospitalis ist die erste eines Archaeums, die mit (fast) atomarer Auflösung aufgeklärt werden konnte. Dies gelang durch einen dreistufigen Ansatz: hochauflösende Bildaufzeichnung (Kryo-EM), Bildrekonstruktion und neue Algorithmen zur Vorhersage von Proteinstrukturen.

Damit konnte u. a. gezeigt werden, dass an einer bestimmten Stelle des Flagellins (der Proteinuntereinheit, aus der Fibers und Flagellen aufgebaut sind) eine Modifikation – sehr wahrscheinlich eine Glykosylierung – vorhanden sein muss, die danach biochemisch durch einen amerikanischen Wissenschaftler auch verifiziert wurde.

Dadurch ist die Ultrastruktur von Bewegungsorganellen aus allen drei Domänen des Lebens – Bakterien, Archaeen und Eukaryonten – bekannt. Die nun gewonnenen Daten zeigen, dass archaeelle und bakterielle Flagellen in ihrer Struktur völlig verschieden sind. Sie sind also von der Natur zweimal erfunden worden; dies ist ein weiteres Beispiel für konvergente Evolution.

Interessanterweise besteht das Flagellin aus zwei Strukturmotiven, die zunächst in Bakterien und Eukaryonten gefunden wurden. Der Anfang der Proteinkette ähnelt stark dem Anfang bakterieller Typ IV Piline, während die globuläre Domäne stark sog. Immunglobulindomänen ähnelt. Dieser Befund zeigt erneut deutlich auf, dass die Natur bereits bekannte Strukturen kombiniert, um zu neuen Funktionen zu gelangen.

Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Science veröffentlicht – siehe doi:10-1073/pnas.1607756113

Ansprechpartner für Medienvertreter:
Prof. Dr. Reinhard Wirth
Universität Regensburg
Professur für Mikrobiologie
Tel.: 0941 943-1825
E-Mail: reinhard.wirth@ur.de
Prof. Dr. Reinhard Rachel
Universität Regensburg
Zentrum für Elektronenmikroskopie
Tel: 0941 943-2837
E-Mail: reinhard.rachel@ur.de

Petra Riedl | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-regensburg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Entstanden Nervenzellen, um mit Mikroben zu sprechen?
10.07.2020 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Forscher der Universität Bayreuth entdecken außergewöhnliche Regeneration von Nervenzellen
09.07.2020 | 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: Elektrische Spannung aus Elektronenspin – Batterie der Zukunft?

Forschern der Technischen Universität Ilmenau ist es gelungen, sich den Eigendrehimpuls von Elektronen – den sogenannten Elektronenspin, kurz: Spin – zunutze zu machen, um elektrische Spannung zu erzeugen. Noch sind die gemessenen Spannungen winzig klein, doch hoffen die Wissenschaftler, auf der Basis ihrer Arbeiten hochleistungsfähige Batterien der Zukunft möglich zu machen. Die Forschungsarbeiten des Teams um Prof. Christian Cierpka und Prof. Jörg Schumacher vom Institut für Thermo- und Fluiddynamik wurden soeben im renommierten Journal Physical Review Applied veröffentlicht.

Laptop- und Handyspeicher der neuesten Generation nutzen Erkenntnisse eines der jüngsten Forschungsgebiete der Nanoelektronik: der Spintronik. Die heutige...

Im Focus: Neue Erkenntnisse über Flüssigkeiten, die ohne Widerstand fließen

Verlustfreie Stromleitung bei Raumtemperatur? Ein Material, das diese Eigenschaft aufweist, also bei Raumtemperatur supraleitend ist, könnte die Energieversorgung revolutionieren. Wissenschaftlern vom Exzellenzcluster „CUI: Advanced Imaging of Matter“ an der Universität Hamburg ist es nun erstmals gelungen, starke Hinweise auf Suprafluidität in einer zweidimensionalen Gaswolke zu beobachten. Sie berichten im renommierten Magazin „Science“ über ihre Experimente, in denen zentrale Aspekte der Supraleitung in einem Modellsystem untersucht werden können.

Es gibt Dinge, die eigentlich nicht passieren sollten. So kann z. B. Wasser nicht durch die Glaswand von einem Glas in ein anderes fließen. Erstaunlicherweise...

Im Focus: The spin state story: Observation of the quantum spin liquid state in novel material

New insight into the spin behavior in an exotic state of matter puts us closer to next-generation spintronic devices

Aside from the deep understanding of the natural world that quantum physics theory offers, scientists worldwide are working tirelessly to bring forth a...

Im Focus: Im Takt der Atome: Göttinger Physiker nutzen Schwingungen von Atomen zur Kontrolle eines Phasenübergangs

Chemische Reaktionen mit kurzen Lichtblitzen filmen und steuern – dieses Ziel liegt dem Forschungsfeld der „Femtochemie“ zugrunde. Mit Hilfe mehrerer aufeinanderfolgender Laserpulse sollen dabei atomare Bindungen punktgenau angeregt und nach Wunsch aufgespalten werden. Bisher konnte dies für ausgewählte Moleküle realisiert werden. Forschern der Universität Göttingen und des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen ist es nun gelungen, dieses Prinzip auf einen Festkörper zu übertragen und dessen Kristallstruktur an der Oberfläche zu kontrollieren. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature erschienen.

Das Team um Jan Gerrit Horstmann und Prof. Dr. Claus Ropers bedampfte hierfür einen Silizium-Kristall mit einer hauchdünnen Lage Indium und kühlte den Kristall...

Im Focus: Neue Methode führt zehnmal schneller zum Corona-Testergebnis

Forschende der Universität Bielefeld stellen beschleunigtes Verfahren vor

Einen Test auf SARS-CoV-2 durchzuführen und auszuwerten dauert aktuell mehr als zwei Stunden – und so kann ein Labor pro Tag nur eine sehr begrenzte Zahl von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Intensiv- und Notfallmedizin: „Virtueller DIVI-Kongress ist ein Novum für 6.000 Teilnehmer“

08.07.2020 | Veranstaltungen

Größte nationale Tagung für Nuklearmedizin

07.07.2020 | Veranstaltungen

Corona-Apps gegen COVID-19: Nationalakademie Leopoldina veranstaltet internationales virtuelles Podiumsgespräch

07.07.2020 | Veranstaltungen

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

Erster Test für neues Roboter-Umweltmonitoring-System der TU Bergakademie Freiberg

10.07.2020 | Informationstechnologie

Binnenschifffahrt soll revolutioniert werden: Erst ferngesteuert, dann selbstfahrend

10.07.2020 | Verkehr Logistik

Robuste Hochleistungs-Datenspeicher durch magnetische Anisotropie

10.07.2020 | Informationstechnologie

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