RSS-Feed VBIO

Weihnachten kommt schneller als man denkt! Das VBIO Weihnachtsgeschenk 2023 - Verschenken Sie eine Mitgliedschaft!

Mon, 11 Dec 2023 13:03:00 +0100

Die Geschenk-Mitgliedschaft im VBIO ist das ideale Geschenk für jeden biowissenschaftlich Engagierten - egal ob Schüler, Student, BTA, Lehrer, Forscher oder Biowissenschaftler im Beruf....

Ein ganzes Jahr profitiert der Beschenkte von den Vorteilen einer Mitgliedschaft. Unsere Mitgliederzeitschrift "Biologie in unserer Zeit" (print bzw. online) und unser wöchentlich erscheinender digitaler VBIO-Newsletter liefern Informationen und Denkanstöße aus der bunten Welt der Biowissenschaften, aus Forschung, Beruf und Politik frei Haus. Unsere online Fortbildungsreihe "Faszination Biologie" findet monatlich statt, dabei steht ein wissenschaftlicher Vortrag zu unterschiedlichen Themen im Mittelpunkt der Veranstaltung, der einen thematischen Überblick vermittelt, aber auch einen Einblick in neuere wissenschaftliche Erkenntnisse gibt. Preisnachlässe bei VBIO-Veranstaltungen und –Publikationen, bei Museen oder bei Zeitschriftenabos erschließen dem Beschenkten weitere Informationsquellen. Bei Fragen zu Ausbildung, Beruf oder Existenzgründung stehen die Geschäftsstellen des VBIO gerne Rede und Antwort.

Die Geschenk-Mitgliedschaft (95 € Voll-Mitgliedschaft oder 35€ Basis-Mitgliedschaft) endet nach einem Jahr. Weitere Verpflichtungen für Sie bzw. den Beschenkten sind damit nicht verbunden.

Sie erhalten mit jeder Geschenkmitgliedschaft 1 Exemplar der beliebten „Perspektiven – Berufsbilder von und für Biowissenschaftler“.

Zur Geschenkmitgliedschaft

Neue Möglichkeit krankmachende Proteine in den Abbau zu zwingen

Mon, 11 Dec 2023 11:45:01 +0100

Viele der heutigen Medikamente sind kleine einfache Moleküle. Sie wirken meist, indem sie die Aktivität von Proteinen beeinflussen, die an krankhaft entgleisten Prozessen beteiligt sind; und genau das macht ihre Entwicklung extrem kompliziert. Denn für jedes Protein muss ein hochangepasstes Molekül entwickelt werden, das wie ein Hochsicherheitsschlüssel in das dazugehörige Schloss – das aktive Zentrum des Proteins - passt. Proteine, die aktiv an krankhaft entgleisten Prozessen beteiligt sind, bilden aber nur einen Bruchteil der krankheitsrelevanten Proteine. Aus diesen Gründen gelten viele Proteine immer noch als therapeutisch unangreifbar, als „undruggable“.

Krebsprotein Ras – doch nicht unangreifbar?
Ein Großteil der unangreifbaren Proteine sind interessante Ziele in der Krebsforschung. Das vielleicht Prominenteste unter ihnen ist das kleine Ras Protein. Eine einzige kleine Veränderung in Ras reicht aus, den Schalter für Zellwachstum unumkehrbar auf „an“ umzulegen - mit gravierenden Folgen: Die Zellen vermehren sich rasant und unkontrolliert. So findet man in fast jedem vierten Tumor Ras-Mutationen. In einer bahnbrechenden Arbeit entwickelte ein Team von Dortmunder MPI-Forschenden um Herbert Waldmann bereits 2013 eine neue Strategie, das als bisher unangreifbar geltende Ras doch angreifbar zu machen: Anstatt es direkt anzuvisieren, manipulierten die Forschenden mit einem speziell entwickelten Molekül gegen das Hilfsprotein PDE den Transport und somit die Aktivität von Ras in der Zelle. Den Forschenden gelang es jedoch nicht, die krebstreibende Aktivität von Ras vollständig zu stoppen.

Zweiarmiges Molekül heftet Krebsprotein Stempel zum Abbau an
Nur zwei Jahre nach der Arbeit von Waldmann entwickelten amerikanische Forschende eine neue hoffnungsvolle Wirkstoffklasse zur Ausschaltung von krankhaften Proteinen: die sogenannten PROTACs (Proteolysis-Targeting Chimeras). Diese kapern wirksam die körpereigene Protein-Müllabfuhr. Das aus zwei Armen bestehende große Moleküle packt auf einer Seite das Zielprotein und auf der anderen die E3-Ligase des Protein-Abfallsystems. Diese fordert das Abfallsystem auf, das krankhafte Protein zu entsorgen. „Dies ist eine geniale, wirklich herausragende wissenschaftliche Leistung.“ sagt Waldmann.“ Die PROTACs müssen nur mit hoher Selektivität an ihr Ziel binden, anstatt auf komplizierte Weise die enzymatische Aktivität des Zielproteins zu hemmen. Das Prinzip ist theoretisch auf alle Proteine anwendbar, auch auf unseren Ras-Transporter PDE, wie wir in unserer aktuellen Arbeit erfolgreich zeigen.“

Zufallsfund eröffnet neue Möglichkeiten
Die Chemiker Waldmann und Winter bauten mit ihren Teams einen neuen PROTAC bestehend aus dem von ihnen entwickelten PDE Inhibitor. Diesen verlinkten sie an ein gut untersuchtes Molekül, das bekanntermaßen ein weiteres Abbausystem alarmiert, das auch größere Zellbestandtteile verarbeiten kann. „Unsere Screens haben jedoch offenbart, dass unser PROTAC gar nicht die sogenannte Makroautophagie aktiviert, sondern das Protein-Abbausystem“ sagt Georg Winter. „Besonders interessant dabei ist, dass unser PROTAC eine neue Ligase bindet, die für PROTACs bisher nicht zugänglich war.“

Denn aktuell werden fast ausschließlich zwei E3-Ligasen als Bindungstellen für PROTACs genutzt. In unseren Körper existieren jedoch mehr als 600 E3-Ligasen. Und einige davon sind nur in ganz bestimmten Geweben vorhanden. „Mit gewebespezifischen Ligasen könnte man den Ort der Aktivität der Wirkstoffe gezielt steuern“, blickt Waldmann in die Zukunft. „Unsere eher zufällige Entdeckung ermöglicht die weitere biologisch und medizinal-chemische Erforschung der gefundenen Ligase. So könnte dazu beigetragen werden, das Spektrum pharmazeutisch nutzbarer PROTACs zu erweitern und eines Tages gezielt Proteine in bestimmten Geweben abzubauen.“

Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie

Originalpublikation:

Xue, G., Xie, J., Hinterndorfer, M. et al. Discovery of a Drug-like, Natural Product-Inspired DCAF11 Ligand Chemotype. Nat Commun 14, 7908 (2023). doi.org/10.1038/s41467-023-43657-6

EU-Briefing: Lichtverschmutzung reduzieren

Mon, 11 Dec 2023 11:04:44 +0100

In einem Briefing vom November hat die EU-Kommission Anpassungen der Beleuchtungsplanung und Maßnahmen zur Eindämmung der Umweltverschmutzung, die auf empfindliche Lebensräume und Taxa zugeschnitten sind, zusammengetragen. Außerdem werden die laufenden Bemühungen der lokalen Behörden und Gemeinden zur Bekämpfung der nächtlichen Lichtverschmutzung (Artificial Light at Night Pollution, ALAN) beleuchtet.

Bildgebung: Schonender Röntgenblick in winzige lebende Proben

Mon, 11 Dec 2023 10:05:07 +0100

Röntgenbildgebung kann verborgene Strukturen und Prozesse in lebenden Zellen und Organismen sichtbar machen. Die Strahlung, die aus sehr energiereichen elektromagnetischen Wellen besteht, wirkt allerdings ionisierend und kann das Erbgut schädigen. Dies schränkt den möglichen Beobachtungszeitraum ein. Konventionelle Röntgenaufnahmen liefern bei weichem Gewebe nur geringen Kontrast. Phasenkontrastmethoden hingegen erlauben es, deutlich stärkere Bildkontraste zu erzeugen und die Strahlendosis zu reduzieren. Mit zunehmender Auflösung wird eine schonende Abbildung jedoch immer schwieriger, da eine höhere Dosis benötigt wird. Zudem nimmt die Effizienz von üblicherweise eingesetzten hochauflösenden Detektoren ab, wodurch sich die Strahlenbelastung weiter erhöht. Bislang ist die hochauflösende Röntgen-Phasenkontrast-Darstellung lebender biologischer Proben nur für einige Sekunden bis Minuten möglich, bevor es zu schweren Strahlenschäden kommt.

Forschende am Laboratorium für Applikationen der Synchrotronstrahlung (LAS), am Institut für Photonenforschung und Synchrotronstrahlung und am Physikalischen Institut des KIT haben nun ein Verfahren entwickelt, das die Strahlung noch effizienter einsetzt und mikrometergenau aufgelöste Bilder liefert. Es eignet sich sowohl für lebende Proben als auch für empfindliche Materialien und eröffnet neue Möglichkeiten für Biologie, Biomedizin und Materialwissenschaften. Das neue System kombiniert Röntgen-Phasenkontrast mit einem sogenannten Bragg-Mikroskop und einem photonenzählenden Detektor.

Röntgenbild direkt vergrößert

„Statt das Röntgenbild in ein Bild mit sichtbarem Licht umzuwandeln und es anschließend zu vergrößern, vergrößern wir es direkt“, erklärt Rebecca Spiecker, Doktorandin am LAS des KIT. „Dieser Ansatz erlaubt es uns, hocheffiziente großflächige Detektoren einzusetzen.“ Die Forschenden verwenden einen photonenzählenden Detektor mit einer Pixelgröße von 55 Mikrometern. Zuvor wird das Röntgenbild hinter der Probe mit einem sogenannten Bragg-Mikroskop vergrößert, wodurch für die Probe selbst eine Auflösung von etwa einem Mikrometer erreicht wird. Das Bragg-Mikroskop besteht aus zwei perfekten Siliziumkristallen, die eine Vergrößerung durch asymmetrische Beugung am Kristallgitter des Siliziums bewirken. Ein weiterer großer Vorteil des Bragg-Mikroskops besteht in seiner sehr günstigen optischen Bildübertragung. Sie ermöglicht es, alle Ortsfrequenzen bis zur Auflösungsgrenze nahezu verlustfrei abzubilden.

Parasitische Wespen über 30 Minuten lang beobachtet

Durch die Kombination von propagationsbasiertem Röntgen-Phasenkontrast mit dem Bragg-Mikroskop und dem photonenzählenden Detektor, alle für eine Röntgenenergie von 30 Kilo-Elektronenvolt (keV) optimiert, erreicht das Verfahren nahezu die maximal mögliche Dosiseffizienz für Röntgen-Phasenkontrast. Dies gestattet wiederum deutlich längere Beobachtungszeiten bei einer mikrometergenauen Bildauflösung kleiner lebender Organismen. Gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus ganz Deutschland demonstrierten die Forschenden das Verfahren in einer Pilotstudie an winzigen parasitischen Wespen. Mehr als 30 Minuten lang beobachteten sie jeweils die Wespen in ihren Wirtseiern und wie sie sich aus diesen befreien. „Die Methode eignet sich auch für biomedizinische Anwendungen, beispielsweise zur schonenden dreidimensionalen histologischen Untersuchung von Proben bei Biopsien“, sagt Spiecker. In Zukunft wollen die Forschenden den Aufbau weiter verbessern, um beispielsweise das Gesichtsfeld zu vergrößern und die mechanische Stabilität für noch längere Messungen weiter zu steigern. (or)

KIT

Originalpublikation:

Rebecca Spiecker, Pauline Pfeiffer, Adyasha Biswal, Mykola Shcherbinin, Martin Spiecker, Holger Hessdorfer, Mathias Hurst, Yaroslav Zharov, Valerio Bellucci, Tomas Farago, Marcus Zuber, Annette Herz, Angelica Cecilia, Mateusz Czyzycki, Carlos Dias, Dmitri Novikov, Lars Krogmann, Elias Hamann, Thomas van de Kamp, and Tilo Baumbach: Dose-efficient in vivo X-ray phase contrast imaging at micrometer resolution. Optica, 2023. DOI 10.1364/OPTICA.500978, https://doi.org/10.1364/OPTICA.500978

Europa im Hitzestress

Mon, 11 Dec 2023 09:14:36 +0100

Laut den Klimasimulationen des Forschungsteams treten Hitze- und Dürreperioden in der Art, wie sie bei einer moderaten Klimaerwärmung am Ende des Jahrhunderts typisch sein werden, noch vor 20 Jahren aber praktisch unmöglich gewesen wären, schon in den nächsten zwei Jahrzehnten mit einer Wahrscheinlichkeit von 1:10 ein. Bis 2050 besteht auch eine zehnprozentige Wahrscheinlichkeit, dass es in zwei aufeinander folgenden Jahren zu extremen Hitzeperioden kommt. Darüber hinaus könnte es bis zum Ende des Jahrhunderts auch europaweite fünfjährige Dürreperioden geben. Die Studie, an der auch die beiden Wissenschaftler Wolfgang Müller und Jochem Marotzke des Max-Planck-Instituts für Meteorologie beteiligt waren, wurde von Laura Suarez-Gutierrez, Stipendiatin an der ETH Zürich, geleitet und ist in der Fachzeitschrift Nature communications earth & environment erschienen.

Die Simulationen des Teams zeigen, dass sowohl die Tageshöchtstemperaturen als auch die nächtlichen Temperaturen in den 2040er-Jahren im günstigsten Fall im Bereich der Werte liegen werden, die wir in den Jahren 2010 bis 2019 erlebt haben, dem wärmsten Jahrzehnt, das bislang in Europa aufgezeichnet wurde. Für denselben Zeitraum übersteigt das Worst-Case-Ergebnis der Rechnungen die Häufigkeit und Heftigkeit der extremen Hitze- und Dürreperioden, die für das Ende des Jahrhunderts typisch sein dürften, bei weitem.

Der Atlantik heizt zusätzlich ein

Einen starken Einfluss hat hier der Zustand des Nordatlantiks: Sein Oberflächenwasser ist aktuell aufgrund einer natürlichen Schwankung wärmer als gewöhnlich. Den Effekt der sogenannten nordatlantischen multidekadischen Variabilität ermittelte das Team um Laura Suarez-Gutierrez in hunderten Simulationen eines Erdsystemmodells, dem MPI Grand Ensemble. Diese gut vorhersagbare Phänomen lässt die Temperatur in nördlichen Breiten schwanken. Die Forschenden berücksichtigten diese natürliche Variabilität der Temperaturen nun zusätzlich zur menschengemachte Klimaerwärmung. So gelangten sie zu dem Ergebnis, dass die Belastung durch Hitze und Trockenheit, die durch den Klimawandel alleine erst zum Ende des Jahrhunderts zu erwarten gewesen wäre, bereits in den kommenden Jahrzehnten steigen wird. Wie die Studie zeigt, könnten also bereits die kommenden Dekaden einen Vorgeschmack auf die Realität am Ende des Jahrhunderts geben.

Max-Planck-Institut für Meteorologie

Originalpublikation:

Suarez-Gutierrez, L., Müller, W.A. & Marotzke, J. Extreme heat and drought typical of an end-of-century climate could occur over Europe soon and repeatedly. Commun Earth Environ 4, 415 (2023). doi.org/10.1038/s43247-023-01075-y