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Von den Bakterien abgeschaut

ForscherInnen bauen im Labor eine «Molekulare Nadel» nach

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. 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 gramnegativer 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.

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.  



 Quelle: www.imba.oeaw.ac.at

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ZHAW Science Week seit fünf Jahren: spannende Kurse für Jugendliche

Was ist in Chips drin? Haben Roboter Gefühle? Ist Rotkohl rot oder blau? Antworten auf diese und andere Fragen gibt die Science Week vom 6. bis 10. August 2018 an der ZHAW in Wädenswil. Ju- gendliche zwischen 12 und 15 Jahren werden zu Forscherinnen und Forschern und erleben Naturwis- senschaften hautnah. Dabei experimentieren sie selbst und setzen das Gelernte in die Praxis um. Die Science Week wird 2018 bereits zum fünften Mal durchgeführt.

Die ZHAW Science Week schreibt Erfolgsgeschichte. Das bunte Programm rund um Naturwi ssenschaften lockt seit 2013 jährlich rund 200 Jugendliche an. Sie erleben Hochschule hautnah und werden selbst zu For- schenden. Im Durchschnitt besuchen sie zwei bis drei Kurse. Vor zwei Jahren wurde die Science Week um zwei Angebote erweitert. Neu bekommen auch jüngere Geschwister im Alter zwischen 6 und 11 Jahren ei- nen Einblick in die Naturwissenschaften. Und mit dem «Girls-Only-Day» werden Mädchen angesprochen, die sich für die MINT-Disziplinen interessieren, aber in ihrem Kurs unter sich bleiben wollen.

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7.Juni 2018

 

Sählihof, Riggenbachstrasse 8, Olten

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Veranstalter: Contrec AG

Tel 0447463220

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https://www.contrec.ch/seminar-gase-regeln

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3. und 4. Oktober, 2018
Expo Beaulieu Lausanne
für die frabzösischsprachige Schweiz
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