Erstes Wärmebild für einzelne rote Blutzellen

Forschende messen mit neuer Methode Wärmefluss: vom Stoffwechsel in der Zelle bis zur flimmernden Zellmembran

Entropie wird oft mit Unordnung und Chaos in Verbindung gebracht. Dabei steht die Entropie, die eng mit unserem Begriff von Wärme verwandt ist, in der Biologie im Zusammenhang mit chemischen Reaktionen, die uns am Leben halten: dem Stoffwechsel und dem Energietransport.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

Wie funktioniert ein molekularer Lastenaufzug?: Membran-Transportmechanismus in krankheitserregenden Bakterien geklärt

Manche bakteriellen Membrantransporter arbeiten fast wie Lastenaufzüge, um Substanzen durch die Zellmembran in das Innere der Zelle zu transportieren. Der Transporter selbst durchspannt dabei die Zellwand. Ein lösliches Protein außerhalb des Bakteriums bringt wie ein Gabelstapler die Substanz zum „Fahrstuhl“ und entlädt dort seine Ladung. Diese wird vom Lastenaufzug ins Innere der Zelle, also quasi in ein anderes Stockwerk gebracht. Forschende des Universitätsklinikums Bonn (UKB) und der Universität Bonn haben nun in Zusammenarbeit mit einem Team der Universität York das Zusammenspiel von Transporter und Zubringer aufgeklärt.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

Immunsystem: Mechanismen der Alarmin-Freisetzung aufgedeckt

LMU-Mediziner haben nachgewiesen, dass wichtige entzündungsfördernde Botenstoffe bereits in einem sehr frühen Stadium der Immunreaktion über kleinste Poren in der Zellmembran ins Blut abgegeben werden.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

Forschungsteam zeigt, wie sich die Zellform reversibel ändern lässt

Ein Forschungsteam um Prof. Dr. Bart Jan Ravoo (Westfälische Wilhelms-Universität Münster) und Prof. Dr. Timo Betz (Universität Göttingen) beschreibt erstmals, wie sich lebende Zellen durch eine gezielte Beeinflussung der Zellmembran mittels Lichts reversibel verformen lassen.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

Alzheimer: Modulation der Zellmembran beeinflusst Bildung von Amyloid-β

Die Zugabe langkettiger Fettsäuren kann Zellmembranen verdicken und die Aktivität eines Schlüsselenzyms verändern, wie LMU-Wissenschaftler in Zellkulturen zeigen.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

Bislang unbekannte Bindestelle an Zellmembran identifiziert

Die Wechselwirkungen von Proteinen und Lipiden (Fetten) in Membranen untersucht ein Team aus dem Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS), dem Institut für Physiologie und Pathophysiologie der Philipps-Universität Marburg sowie der Universität Groningen mit Hilfe von Modellrechnungen. Im fassförmigen Tubby-Protein fanden sie so eine bislang unbekannte Bindungsstelle, die zur Aufklärung verschiedener Krankheitsbilder beitragen könnte.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

Tumorhemmende Wechselwirkung an der Zellmembran: Glucocorticoid-Rezeptor und RAS-Onkogen bremsen Krebsentstehung aus

In nicht-kleinzelligen Lungentumoren oder anderen Krebsarten findet sich oftmals das Onkogen RAS. Dieses „Krebs-Gen“ befeuert das Tumorwachstum und lässt sich bislang nicht gezielt ausschalten. Doch nun haben Forschende der Universität Ulm eine neue Funktion des so genannten Glucocorticoid-Rezeptors entdeckt: Im Zusammenspiel mit RAS-Proteinen auf der zytoplasmatischen Seite der Zellmembran kann der Rezeptor das Tumorwachstum ausbremsen. Der Weg zu konkreten therapeutischen Ansätzen ist noch weit, doch schon jetzt hat es die Studie auf den Titel des Fachjournals „Science Signaling“ geschafft.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

Unterschätzte Helfer: Membranbausteine steuern Zellwachstum entscheidend mit

Lipide sind die Bausteine für die Hülle von Zellen, die Zellmembran. Manche Lipide haben neben dieser strukturellen Funktion aber auch regulatorische Wirkungen und üben entscheidenden Einfluss auf das Wachstum von Zellen aus. Das zeigen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) in einer neuen Studie. Die Wirkung hängt insbesondere davon ab, wie diese Lipide auf der Zellmembran verteilt sind. Die Studie wurde in „The Plant Cell“ veröffentlicht.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

Wie Pflanzen Abwehrgifte bilden ohne sich selbst zu schaden

In einer neuen Studie in Science klären Forschende des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie und der Universität Münster die Biosynthese und genaue Wirkungsweise von Diterpen-Glykosiden in wilden Tabakpflanzen auf. Diterpen-Glykoside dienen der Verteidigung gegenüber Fressfeinden. Die Abwehrstoffe greifen bestimmte Teile der Zellmembran an. Um sich selbst vor den eigenen Giften und der Zerstörung der Zellmembran zu schützen, speichern Tabakpflanzen die Abwehrstoffe in einer ungiftigen Form, die auf eine besondere Art und Weise gebildet wird. Selbsttoxizität und der Schutz davor scheinen bei der Evolution der pflanzlichen Abwehr eine größere Rolle zu spielen als bislang angenommen.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

Forscher des HIPS und des HZI finden neues Antibiotikum gegen gram-negative Bakterien

Biologinnen untersuchen Bakterien unter dem Mikroskop. Foto: Oliver Dietze
Biologinnen untersuchen Bakterien unter dem Mikroskop. Foto: Universität des Saarlandes, Oliver Dietze

Die Erreger von Infektionserkrankungen Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumanii und Pseudomonas aeruginosa haben zwei große Gemeinsamkeiten: Sie gehören zu den sogenannten gram-negativen Bakterien und sind in Krankenhäusern besonders gefürchtet. Wissenschaftler des Helmholtz-Instituts für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) und des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig haben nun ein potenzielles neues Antibiotikum entdeckt, das gegen diese schwer zu bekämpfenden Bakterien wirkt. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher im renommierten Journal Angewandte Chemie International Edition.

Immer mehr Keime entwickeln Resistenzen gegen Antibiotika, sodass diese einstigen Wunderwaffen ihre Wirkungskraft verlieren. Vor allem in Krankenhäusern stellt die steigende Anzahl resistenter Keime das Personal vor große Probleme und ist eine große Gefahr für die Patienten. „Am schwierigsten zu behandeln ist die Gruppe der gram-negativen Bakterien. Diese besitzen zwei Zellmembranen. Potenzielle Wirkstoffe müssen durch beide hindurch, um eine Wirkung zu erzielen“, sagt Prof. Rolf Müller, Geschäftsführender Direktor des HIPS. Dadurch sind die Anforderungen an mögliche Wirkstoffe wesentlich komplexer als bei den gram-positiven Bakterien, die nur eine Zellmembran besitzen.

Trotz der komplexen Anforderungen ist es Müller und seinen Kollegen aus der Abteilung „Mikrobielle Naturstoffe“ am HIPS und „Mikrobielle Wirkstoffe“ am HZI gelungen, aus dem Myxobakterium Cystobacter sp. einen Stoff zu isolieren, der auch gegen gram-negative Bakterien wirkt. „Wir haben eine aus chemischer Sicht vollkommen neue Stoffklasse entdeckt, die wir Cystobactamide getauft haben“, sagt Müller. „In Experimenten haben wir gezeigt, dass diese gegen die gram-negativen Bakterien Escherichia coli und Acinetobacter baumannii wirksam sind.“ Die Wirkstoffe sind also in der Lage, die doppelte Zellmembran zu durchdringen und die Bakterien so bekämpfen.

Auch wie sie ihre Wirkung entfalten, konnten die Wissenschaftler bereits zeigen. „Wir konnten nachweisen, dass die Cystobactamide als Gyrasehemmer fungieren: Sie verhindern, dass die DNA der Bakterien platzsparend wie ein verdrillter Gartenschlauch verdichtet werden kann“, erläutert Müller. Wird dieser Vorgang gestört, kann die DNA auch nicht mehr korrekt abgelesen werden, und der Stoffwechsel wird entscheidend behindert.

Gyrasehemmer an sich sind nichts Neues. Ganz im Gegenteil: Viele der bisherigen und wirksamsten Antibiotika basieren auf diesem Prinzip. „Allerdings konnten wir erstmals einen Wirkstoff aus Naturstoffen gewinnen, der so funktioniert“, sagt Müller. Das Potenzial der bekannten, chemisch hergestellten Gyrasehemmer ist praktisch ausgeschöpft. Sie können nach jahrzehntelanger Verbesserung nicht weiterentwickelt werden. In der neuen Stoffklasse der Cystobactamide hingegen gibt es noch vielfältige Optimierungsmöglichkeiten. „Wir hoffen, durch chemische Veränderungen vor allem die Wirkung gegen gram-negative Bakterien weiter verstärken und verbreitern zu können“, erklärt Müller. „Sollte uns das gelingen, sind Cystobactamide ein echter Hoffnungsträger im Kampf gegen Krankenhauskeime und andere gram-negative Bakterien.“

Originalpublikation in Angewandte Chemie International Edition:

Baumann, S., Herrmann, J., Raju, R., Steinmetz, H., Mohr, K. I.,
Hüttel, S., Harmrolfs, K., Stadler, M. and Müller, R. (2014):
„Cystobactamids: Myxobacterial Topoisomerase Inhibitors Exhibiting
Potent Antibacterial Activity“. DOI: 10.1002/anie.201409964
<http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201409964/full>