Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Von den Bakterien abgeschaut: ForscherInnen bauen im Labor eine „Molekulare Nadel“ nach

15.05.2017

Inspiriert vom komplexen wie wirkungsvollen Infektionsapparat von Bakterien entwickelten Wiener ForscherInnen ein neues biotechnologisches Werkzeug. Die „molekulare Nadel“ könnte in Medizin und Nanotechnologie Anwendungen finden – und tödliche Krankheiten wie diverse Formen von Krebs besiegen helfen.

Molekulare Maschinen sind Makromoleküle, die in Tier- oder Pflanzenzellen Bewegungen ausführen und damit bestimmte mechanische Funktionen erfüllen. So nutzen beispielsweise Bakterien winzige Nadeln, um Zellen anzubohren.


Die Molekulare Nadel „T3SS“ wurde vom Infektionsapparat gram-negativer Bakterien inspiriert.

IMP-IMBA

Trotz ihrer komplexen Strukturen zählen Molekulare Maschinen zu den ursprünglichsten Grundbausteinen des Lebens. Viele existieren schon seit Milliarden von Jahren und sind perfekt an ihre Umgebung und ihre jeweilige Funktion angepasst. Auch die größten Seuchen der Menschheitsgeschichte verdanken ihre tödliche Wirkung einer sehr erfolgreichen Molekularen Maschine.

Das „Type III Secretion System“ (T3SS) sogenannter gram-negativer Bakterien, zu denen die Erreger von Pest, Cholera und Typhus ebenso gehören wie Salmonellen, ist ein perfekt ausgeklügelter Infektionsapparat:  Molekulare Strukturen, die hohlen Nadeln ähneln, ragen aus der Bakterienwand, torpedieren die Wand einer Wirtszelle und transportieren krankmachende Proteine in das Innere. Die Infektion breitet sich erfolgreich aus.

Ein internationales Forschungsteam der Wiener Institute IMP und IMBA, sowie der Hamburger Institute CSSB und UKE in Zusammenarbeit mit dem Bostoner MIT rund um Thomas Marlovits konnte nun einen vereinfachten, aber funktionsfähigen „Bausatz“ dieser Molekularen Maschine beschreiben und sogar nachbauen, wie das Wissenschaftsjournal Nature Communications aktuell berichtet.

Weniger ist mehr: Die „molekulare Nadel“ T3SS funktioniert auch stark vereinfacht

Sämtliche Proteine im Wirkungskreis der molekularen „Pfeilspitze“ sind streng reguliert. Auch die unmittelbare Umgebung spielt dabei eine Rolle: Salmonellen etwa befallen den Verdauungstrakt, wo sie es trotz sehr sauren Milieus schaffen, Magen- und Darmzellen zu infizieren und in Folge heftige Vergiftungen auszulösen.

Ziel der ForscherInnen war es, den Wirkungskreis des komplexe T3SS System von Salmonella so zu vereinfachen, dass man es synthetisch nachbauen kann. „Auf welche grundlegenden Bausteine kann man das komplex regulierte System reduzieren, ohne die Funktion zu stören?“ das war für Thomas Marlovits die zentrale Frage hinter seiner aktuellen Forschung. 

Das Team stellte dafür sehr vereinfachte und für Bakterien typische Genabschnitte - sogenannte „Genetic Islands“ - her und ersetzte dabei die bakterieneigene DNA durch synthetische Bausteine.
Über Jahre hinweg arbeiteten die ForscherInnen an dem künstlich geschaffenen Nadelsystem und konnten anhand biochemischer Methoden und präziser Elektronenmikroskopie nachweisen, dass auch eine vereinfachte Version von T3SS funktionsfähig ist.

„Erstaunlicherweise funktioniert T3SS, selbst wenn man zusätzliche Steuerelemente weglässt. Es ist das erste Mal, dass eine derart komplexe Struktur, die aus 20 Proteinen besteht, synthetisch hergestellt wurde,“ zeigt sich Thomas Marlovits begeistert. „Wir haben damit nicht nur ein spannendes biotechnologisches Instrument entwickelt, sondern es eröffnet sich auch die Frage nach der Notwendigkeit und Austauschbarkeit von hochkomplexen, genetisch kodierten Wirkungskreisen.“

Auch für die Medizin könnten sich dafür zahlreiche Anwendungen ergeben. „Gerade in der Entwicklung neuer Therapiemöglichkeiten könnte das T3SS System etwa zum Einsatz kommen, um einen bestimmten Wirkstoff in eine Zelle zu schleusen, oder aber als molekularer Schalter fungieren. Doch vorerst wollen wir weiter an dem System forschen, um zu sehen wie T3SS in bestimmten Umgebungen funktioniert,“ fasst Thomas Marlovits zusammen.  

Originalpublikation:
Control of type III protein secretion using a minimal genetic system. Song M, Sukovich DJ, Ciccarelli L, Mayr J, Fernandez-Rodriguez J, Mirsky EA, Tucker AC, Gordon DB, Marlovits TC, Voigt CA.
Nature Communications; 2017 May 9;8:14737.
https://www.nature.com/articles/ncomms14737

Über IMBA:
Das IMBA – Institut für Molekulare Biotechnologie gehört zu den führenden biomedizinischen Forschungsinstituten in Europa. Im Fokus stehen medizinisch relevante Fragestellungen aus den Bereichen Stammzellbiologie, RNA-Biologie, Molekulare Krankheitsmodelle und Genetik. Das Institut befindet sich am Vienna Biocenter, einem dynamischen Konglomerat aus Universitäten, akademischer Forschung und Biotechnologie-Unternehmen. Das IMBA ist ein Tochterunternehmen der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, der führenden Trägerin außeruniversitärer Forschung in Österreich. www.imba.oeaw.ac.at

Über das IMP:
Das Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie betreibt in Wien biomedizinische Grundlagenforschung. Hauptsponsor ist der internationale Unternehmensverband Boehringer Ingelheim. Mehr als 200 Forscherinnen und Forscher aus fast 40 Nationen widmen sich am IMP der Aufklärung grundlegender molekularer und zellulärer Vorgänge, um komplexe biologische Phänomene im Detail zu verstehen. Das IMP ist Gründungsmitglied des Vienna Biocenter, Österreichs Leuchtturm im internationalen Konzert molekularbiologischer Top-Forschung. www.imp.ac.at

Über das Vienna BioCenter:
Das Vienna BioCenter (VBC) ist einer der führender Life Science-Standorte Europas. Herausragende Forschungseinrichtungen, Bildungseinrichtungen und Unternehmen sind hier auf einem Campus vereint. Rund 1600 Angestellte, über 1000 Studierende, 93 Forschungsgruppen, 16 Biotech-Unternehmen und Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus über 40 Nationen schaffen ein internationales und dynamisches Umfeld. http://www.viennabiocenter.com

Kontakt am IMP:
Dr. Heidemarie Hurtl
IMP Communications
Research Institute of Molecular Pathology
+43 (0)1 79730 3625
hurtl@imp.ac.at

Kontakt am IMBA:
Ines Méhu-Blantar
IMBA Communications
IMBA - Institute of Molecular Biotechnology
+43 (1) 790 44 3628
ines.mehu-blantar@imba.oeaw.ac.at

Weitere Informationen:

https://www.nature.com/articles/ncomms14737
https://www.imp.ac.at/research/research-groups/thomas-marlovits/research/
http://imba.oeaw.ac.at/research/thomas-marlovits/

Dr. Heidemarie Hurtl | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Berichte zu: Bausteine Biocenter IMBA IMP Labor Molekulare Pathologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wenn für Fischlarven die Nacht zum Tag wird
18.01.2019 | Universität Siegen

nachricht Handgestrickte Moleküle
18.01.2019 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

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: Ten-year anniversary of the Neumayer Station III

The scientific and political community alike stress the importance of German Antarctic research

Joint Press Release from the BMBF and AWI

The Antarctic is a frigid continent south of the Antarctic Circle, where researchers are the only inhabitants. Despite the hostile conditions, here the Alfred...

Im Focus: Ultra ultrasound to transform new tech

World first experiments on sensor that may revolutionise everything from medical devices to unmanned vehicles

The new sensor - capable of detecting vibrations of living cells - may revolutionise everything from medical devices to unmanned vehicles.

Im Focus: Fliegende optische Katzen für die Quantenkommunikation

Gleichzeitig tot und lebendig? Max-Planck-Forscher realisieren im Labor Erwin Schrödingers paradoxes Gedankenexperiment mithilfe eines verschränkten Atom-Licht-Zustands.

Bereits 1935 formulierte Erwin Schrödinger die paradoxen Eigenschaften der Quantenphysik in einem Gedankenexperiment über eine Katze, die gleichzeitig tot und...

Im Focus: Flying Optical Cats for Quantum Communication

Dead and alive at the same time? Researchers at the Max Planck Institute of Quantum Optics have implemented Erwin Schrödinger’s paradoxical gedanken experiment employing an entangled atom-light state.

In 1935 Erwin Schrödinger formulated a thought experiment designed to capture the paradoxical nature of quantum physics. The crucial element of this gedanken...

Im Focus: Implantate aus Nanozellulose: Das Ohr aus dem 3-D-Drucker

Aus Holz gewonnene Nanocellulose verfügt über erstaunliche Materialeigenschaften. Empa-Forscher bestücken den biologisch abbaubaren Rohstoff nun mit zusätzlichen Fähigkeiten, um Implantate für Knorpelerkrankungen mittels 3-D-Druck fertigen zu können.

Alles beginnt mit einem Ohr. Empa-Forscher Michael Hausmann entfernt das Objekt in Form eines menschlichen Ohrs aus dem 3-D-Drucker und erklärt: «Nanocellulose...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Smarte Sensorik für Mobilität und Produktion 4.0 am 07. Februar 2019 in Oldenburg

18.01.2019 | Veranstaltungen

16. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

17.01.2019 | Veranstaltungen

Erstmalig in Nürnberg: Tagung „HR-Trends 2019“

17.01.2019 | Veranstaltungen

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

Neues Verfahren zur Grundwassersanierung: Mit Eisenoxid gegen hochgiftige Stoffe

18.01.2019 | Verfahrenstechnologie

Handgestrickte Moleküle

18.01.2019 | Biowissenschaften Chemie

Wuppertaler Forscher messen vom Weltraum aus die Temperatur der oberen Atmosphäre

18.01.2019 | Physik Astronomie

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