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17.11.2015

Proteinstrukturen mit Kryo-Elektronenmikroskopie erforschen


Ein neues Kryo-Elektronenmikroskop wird von Wissenschaftlern der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) im Biozentrum eingeweiht. Mit der neuen Anlage ist es möglich, Bilder und 3D-Modelle einzelner Moleküle zu erstellen. So können die Forscher künftig noch besser die Struktur von Proteinen erforschen. Der Bau der Anlage hat über drei Millionen Euro gekostet und wurde über eine Förderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) sowie der beiden naturwissenschaftlichen Forschungsschwerpunkte des Landes Sachsen-Anhalt für das Zentrum für Innovationskompetenz (ZIK) "HALOmem" finanziert.

Im Gegensatz zu normalen Mikroskopen verwenden Elektronenmikroskope Elektronenstrahlen, um Bilder mit einer viel höheren Auflösung zu erzeugen. "Mit Elektronenmikroskopen können wir Prozesse und Moleküle auf einer atomaren Ebene beobachten und verstehen", sagt Prof. Dr. Milton Stubbs vom ZIK "HALOmem" an der MLU.

Bisher haben die halleschen Wissenschaftler Proteine mit Hilfe von Röntgenstrahlung und Kernresonanz strukturell erforscht. Bei der Röntgenkristallographie wurden die Proteine zunächst in eine Kristallform gebracht und dann untersucht. Durch den Einsatz von Kryo-Elektronenmikroskopen können Proteine nun auch in ihrem natürlichen Zustand betrachtet werden. Das Besondere an der Anlage: Die Moleküle werden mit einer extrem dünnen Wasserschicht ummantelt und dann schockgefroren. "So bleibt die durchsichtige Wasserstruktur erhalten und es bilden sich keine getrübten Kristalle. Das eröffnet uns neue Blickwinkel auf die Moleküle", erklärt Biotechnologe Stubbs weiter.

Mit Hilfe eines weiteren Geräts, eines neuartigen CMOS-basierten elektronenzählenden Detektors, lassen sich die Aufnahmen der Moleküle noch weiter verfeinern. Dieser fungiert als eine Art Bildstabilisator: "Wenn an einem Fotoapparat eine lange Belichtungszeit eingestellt ist, entstehen bei Bewegung viele Schlieren. Bei kurzer Belichtungszeit erhält man ein viel genaueres Bild mit viel mehr Informationen", erläutert Stubbs das Prinzip. Anhand der hochauflösenden Bilder können nun einzelne Moleküle analysiert oder sogar dreidimensionale Aufnahmen der Proteine erstellt werden. Diese Technologie ist bisher nur an wenigen Hochschulen in Deutschland vorhanden. Künftig werden neben den Forschern am ZIK "HALOmem" auch Wissenschaftler der Naturwissenschaftlichen Fakultäten I und II der MLU mit der Anlage arbeiten.

Die Kryo-Elektronenmikroskopie gehört zu einem noch relativ jungen Forschungsfeld und soll in Halle künftig systematisch betrieben werden. "Deshalb sind wir auch besonders stolz, dass wir mit Dr. Vicki Gold eine Expertin auf dem Gebiet gewinnen konnten", so Stubbs. Die promovierte Biochemikerin ist am Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt am Main tätig und wird als Nachwuchsgruppenleiterin für "Kryo-Elektronenmikroskopie an Membranproteinkomplexen" an das ZIK wechseln. Gold wir zur Eröffnung der Anlage einen Vortrag halten.

Die Proteinbiochemie ist ein Forschungsschwerpunkt der MLU. "Proteine sind biologische Moleküle, die alle Prozesse in unserem Körper regulieren", so Stubbs. Im ZIK "HALOmem" werden vor allem Membran-Proteine erforscht, also Proteine, die in einer Fettschicht eingebettet sind. Neben der Grundlagenforschung zu Funktion und Struktur einzelner Moleküle wird auch eine wirtschaftliche und medizinische Anwendung der Forschungsergebnisse angestrebt. Arbeitsgruppen des ZIK "HALOmem" werden 2016 in das neue Proteinzentrum der MLU auf dem Weinberg-Campus ziehen.

Quelle: Universität Halle-Wittenberg




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