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MELDUNG/175: Nachrichten aus Forschung und Lehre vom 10.08.10 (idw)


Informationsdienst Wissenschaft - idw - Pressemitteilungen


→  Hilfe von der dunklen Seite
      Wissenschaftler können dank "Dark-Channel"-Fluoreszenz aufklären, wie biochemische Stoffe
      ihre Funktion ausüben
→  Neuer Röntgenblick ins Hirn
→  Fehlendes Protein verantwortlich für schuppende Haut
→  Neue wissenschaftliche Nachwuchsgruppe am Helmholtz Zentrum München
      untersucht entzündliche Gewebestrukturen

Raute

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbHt - 08.08.2010

Hilfe von der dunklen Seite

Wissenschaftler können dank "Dark-Channel"-Fluoreszenz aufklären, wie biochemische Stoffe ihre Funktion ausüben

Spektroskopische Verfahren gehören zu den wichtigsten Methoden, mit denen Wissenschaftler ins Innere von Materialien schauen können. Ein Team des Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) hat nun mithilfe der Röntgenabsorptionsspektroskopie die Verschiebung von elektrischen Ladungen in gelösten Stoffen beobachtet, den Elektronentransfer. Damit können sie auf mikroskopischer Skala sehen, wie gelöste biochemische Stoffe ihre Funktion ausüben. Emad Aziz und Kollegen berichten darüber in der am 8. August erscheinenden online-Ausgabe der Zeitschrift Nature Chemistry.

Die Gruppe hat die Röntgenabsorptionsspektren von Eisen-Ionen sowohl in Eisenchlorid als auch in organischen Verbindungen wie zum Beispiel dem aktiven Zentrum des Blutbestandteils Hämoglobin, dem Hämin, untersucht und einen bislang nicht erklärbaren negativ erscheinenden Peak - als Dip bezeichnet - in den Spektren analysiert.

Bei der Röntgenabsorptions-Spektroskopie wird die Probe mit monochromatischem Röntgenlicht bestrahlt. Wenn die Energie des eingestrahlten Lichts gerade mit einem energetischen Übergang im Molekül übereinstimmt, können Elektronen aus ihrem Grundniveau in ein energetisch höheres Niveau angeregt werden. Bei der Rückkehr in ihren Ausgangszustand wird die zugeführte Energie wieder abgegeben, zum Beispiel durch Aussenden von Fluoreszenzlicht. Indem Wissenschaftler dieses Fluoreszenzlicht aufzeichnen, gewinnen sie Aufschluss über die elektronische Orbitalstruktur von Atomen und Molekülen.

Emad Aziz und seine Kollegen haben durch Messungen mit Synchrotronlicht an der Strahlungsquelle BESSY II herausgefunden, dass einige gelöste Stoffe nach Anregung kein Fluoreszenzlicht aussenden. Der im Spektrum negativ erscheinende Peak erwies sich als Beleg dafür, dass die Rückkehr in das Grundniveau strahlungslos über einen sogenannten dunklen Kanal stattfindet, was auch als 'dark channel' bezeichnet wird.

Dies passiert, weil durch Wechselwirkung miteinander die Moleküle der Probe und die des Lösungsmittels gemeinsame Orbitale bilden. Die angeregten Elektronen werden in dieses Orbital transferiert. "Dies funktioniert, weil sich die Molekülorbitale der Eisen- und der Wasserionen räumlich sehr nahe kommen und energetisch gut zusammenpassen", erläutert Emad Aziz, Leiter einer Nachwuchsgruppe am HZB. Die Elektronen verweilen in diesem neuen Niveau länger als in einem normalen Molekülorbital. Ihr Energiezustand verhindert daher die Aussendung des normalerweise zu erwartenden Fluoreszenzlichtes.

Die Dips im Spektrum geben damit Aufschluss über die Art der Wechselwirkung zwischen Probe und Lösungsmittel. In biochemischen Systemen wie zum Beispiel Proteinen kann man mithilfe dieses Prozesses nun untersuchen, in wie weit das Lösungsmittel zur Funktionalität beiträgt.

Solche ultraschnellen Vorgänge wie Ladungstransfers lassen sich mit den bisher üblichen Methoden nur mit sehr großem Aufwand beobachten. Nun haben die HZB-Forscher einen Weg gefunden, die Dynamik des Prozesses mithilfe einer einfachen Methode aufzuklären. "Wir können beobachten, wo die Ladungen hinwandern und wir können sehen, dass dies innerhalb von wenigen Femtosekunden passiert", betont Emad Aziz. Außerdem hat das Ergebnis große Bedeutung für die Interpretation von Röntgenabsorptionsspektren generell.

Für ihre Experimente hat die Gruppe die selbst entwickelte Fließzelle genutzt, mit der es auch möglich ist, biologische Proben in ihrer natürlichen Umgebung - das heißt, in gelöster Form - mit Röntgenstrahlung zu untersuchen.

Weitere Informationen finden Sie unter
http://www.helmholtz-berlin.de

Artikel in Nature Materials
DOI: 10.1038/NCHEM.768

Weitere Informationen:
Kathrin Lange
kathrin.lange@helmholtz-berlin.de

Dr. Emad Flear Aziz Bekhit
emad.aziz@helmholtz-berlin.de

Pressestelle
Dr. Ina Helms
ina.helms@helmholtz-berlin.de

Zu dieser Mitteilung finden Sie Bilder unter:
http://idw-online.de/pages/de/image121976
Innerhalb von nur 7 Femtosekunden wird ein Elektron aus dem Eisen (III)-Komplex durch Lichtanregung in ein neues Orbital verschoben. Dieses neue Orbital entsteht durch Überlapp von Eisen- und Wasserorbital.

Zu dieser Mitteilung finden Sie Anhänge unter:
http://idw-online.de/pages/de/attachment4317
Pressemitteilung als pdf

Kontaktdaten zum Absender der Pressemitteilung:
http://idw-online.de/pages/de/institution111

Quelle: Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH, Dr. Ina Helms, 08.08.2010

Raute

Schweizerischer Nationalfonds SNF/ Presse- und Informationsdienst - 09.08.2010

Neuer Röntgenblick ins Hirn

Bildgebungsverfahren liefert genauere Ansichten

Forschende der Universität Basel schauen mit einem speziellen Röntgenverfahren so genau ins menschliche Hirn wie nie zuvor. Mit der neuen Methode ist es ihnen gelungen, ohne Kontrastmittel sogar einzelne Zellen sichtbar zu machen. Die Technik könnte dereinst bei der Bekämpfung von Krankheiten wie Krebs helfen.

Bildgebende Verfahren sind aus der modernen Medizin nicht wegzudenken. Die heute gebräuchlichen Methoden haben allerdings Nachteile: Röntgengeräte liefern zwar scharfe Bilder von Knochen und Zähnen; doch Weichteile im Körper - aus denen zum Beispiel das Gehirn aufgebaut ist - lassen sich damit nur schlecht voneinander unterscheiden. Die Magnetresonanztomographie löst diese Probleme zwar gut; aber ihre räumliche Auflösung ist zu gering, um einzelne Zellen abzubilden.

Abgelenkte Röntgenstrahlen

Unterstützt vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF), haben Forschende um Bert Müller vom Biomaterials Science Center der Universität Basel nun Bilder aufgenommen, auf denen nicht nur die weichen Gewebe des Gehirns unterschieden werden können, sondern sogar auch einzelne Zellen zu sehen sind. Sie verwendeten dazu eine ganz neue Messtechnik; eine aufwendige Art des Röntgens, die Phasenkontrastbildgebung genannt wird. Dabei massen Müller und sein Team, wie stark ein bestimmtes Gewebe die Strahlen ablenkt, und nicht - wie beim herkömmlichen Röntgen - wie viel Strahlung das Gewebe absorbiert.

Menschliches Kleinhirn abbilden

Im Fachmagazin "Journal of The Royal Society Interface"* berichten die Forschenden, wie sie mit der Methode ein menschliches Kleinhirn abbilden. Auf den Bildern lassen sich Blutgefässe erkennen. Die weisse Hirnsubstanz und verschiedene Typen grauer Hirnsubstanz unterscheiden sich deutlich voneinander. Klar ersichtlich sind zudem einzelne so genannte Purkinje-Zellen - ein relativ grosser, für das Kleinhirn typischer Zelltyp. "Das ist, wie wenn man so scharfe Augen hätte, dass man auf dem Mond einen kleinen Lastwagen sehen könnte", sagt Bert Müller. Es ist das erste Mal, dass einzelne Hirnzellen innerhalb eines zentimetergrossen Gewebeblocks sichtbar gemacht werden, ohne sie mit einem Kontrastmittel einzufärben.

Interessant für die Medizin

Beim lebenden Menschen werden derart detailgenaue Untersuchungen laut Müller wohl aber nicht möglich sein. Die benötigte Röntgendosis ist nämlich so hoch, dass sie für den Patienten gefährlich ist. Trotzdem ist die Technik hoch interessant für die Medizin. In einem weiteren SNF-Projekt versucht Müller in Zusammenarbeit mit Forschenden der ETH Zürich zum Beispiel, die kleinsten Blutgefässe in ausgewachsenen und Mäusen entnommenen Krebsgeschwüren nachzuweisen. Das soll zeigen, wie Tumore wachsen - und wie man sie daran hindern kann.

Weitere Informationen finden Sie unter
http://www.snf.ch →  Medien →  Bild der Forschung

* Georg Schulz, Timm Weitkamp, Irene Zanette, Franz Pfeiffer, Felix Beckmann, Christian David, Simon Rutishauser, Elena Reznikova and Bert Müller (2010).
High-resolution tomographic imaging of a human cerebellum: comparison of absorption and grating-based phase contrast.
Journal of The Royal Society Interface doi:10.1098/rsif.2010.0281.
(als PDF beim SNF erhältlich; E-Mail: pri@snf.ch)

Kontakt:
Professor Bert Müller
Biomaterials Science Center (BMC)
Universität Basel, c/o Universitätsspital
CH-4031 Basel
E-Mail: bert.mueller@unibas.ch

Zu dieser Mitteilung finden Sie Bilder unter:
http://idw-online.de/pages/de/image122059
Tiefer Blick ins Kleinhirn: Weisse Hirnsubstanz (orange) unterscheidet sich von zwei Typen grauer Hirnsubstanz (blau: Stratum granulosum; gelb: Stratum moleculare). Auch Blutgefässe (rot) und einzelne Zellen (unteres Bild) sind klar zu erkennen.

Kontaktdaten zum Absender der Pressemitteilung:
http://idw-online.de/pages/de/institution1165

Quelle: Schweizerischer Nationalfonds SNF, Presse- und Informationsdienst, 09.08.2010

Raute

Universität zu Köln - 9.08.2010

Fehlendes Protein verantwortlich für schuppende Haut

- Kölner Forscher enträtseln zusammen mit anderen Wissenschaftlern die Ursache für schwere Hautkrankheit
- Fehlendes Protein verantwortlich für schuppende Haut

Eine aktuelle gemeinsame Studie von Forschern der Universität zu Köln und der Universitäten Münster, Berlin, Heidelberg und Kiel legt dar, dass ein fehlendes Protein eine seltene Hautkrankheit verursacht, die bei Betroffenen zu verhornter und schuppender Haut führt.

Das Ergebnis der Studie erscheint in der aktuellen August-Ausgabe des renommierten American Journal of Human Genetics mit dem Titel "Loss of corneodesmosin leads to severe skin barrier defect, pruritus and atopy: unravelling the peeling skin disease" ("Das Fehlen von Corneodesmosin führt zu schweren Hautbarrierestörungen, Pruritus und Atopie: Peeling-Skin-Krankheit enträtselt").

Die Wissenschaftler zeigen in ihrem Forschungsergebnis, dass das Fehlen des Proteins Corneodesmosin die Ursache für eine erbliche Hauterkrankung, die so genannte Peeling-Skin-Krankheit, sein kann. Die Haut von Betroffenen löst sich bei der autosomal rezessiven Krankheit wiederholend spontan und ungleichmäßig am ganzen Körper ab. Die Folge sind schwere Hautrötungen und anhaltender Juckreiz.

Vorgegangen sind die Forscher in ihrer Untersuchung mit einer genomweiten Kopplungsanalyse, bei der eine Mutation im Gen für Corneodesmosin identifiziert werden konnte. Diese Mutation führt zum Komplettausfall des Proteins, es ist also in der kompletten Körperhaut eines Betroffenen nicht mehr vorhanden. Dies führt zu einer gravierenden Störung, da das Corneodesmosin ein wichtiges Bindemolekül der Oberhaut ist, das absterbende und abgestorbene Hautzellen aneinander bindet und molekulare Verbindungsstellen der Hornschicht (Corneodesmosomen) aufbaut.

Mit Versuchen an künstlichen Hautmodellen zeigten die Forscher, dass ohne das Corneodesmosin-Protein Barrierestörungen der Oberhaut auftreten. Erreger können leichter in die Haut eindringen, was die Ursache für allergische Krankheiten sein kann.

Die Peeling-Skin-Krankheit ist folglich nach der Verhornungsstörung Ichthyosis vulgaris ein neues Beispiel, um Funktionsstörungen der Haut bei allergischen Krankheiten aufzuzeigen. Das Ergebnis der Forschung könnte ein Schlüssel für neue therapeutische Entwicklungen sein. Bis vor kurzem waren sich Forscher nämlich nicht sicher, welche Rolle Hautbarrierestörungen bei verschiedenen Allergien spielen können. Wie mit Medikamenten die Hautbarriere für eine gesunde Oberhaut wiederhergestellt werden kann, daran wird derzeit bei den Kölner Wissenschaftlern und anderswo geforscht.

Internetseite des American Journal of Human Genetics:
www.cell.com/AJHG/home

Kontaktdaten zum Absender der Pressemitteilung:
http://idw-online.de/pages/de/institution19

Quelle: Universität zu Köln, Gabriele Rutzen, 09.08.2010

Raute

Helmholtz Zentrum München / Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt - 09.08.2010

Neue wissenschaftliche Nachwuchsgruppe am Helmholtz Zentrum München

Mechanismen chronischer Entzündungsprozesse und deren Auswirkungen werden aufgeklärt

Neuherberg, (09.08.2010). Am Helmholtz Zentrum München wird eine neue wissenschaftliche Nachwuchsgruppe zur Untersuchung entzündlicher Gewebestrukturen etabliert. Diese spielen vor allem bei Erkrankungen der Leber (Hepatitis), der Bauchspeicheldrüse (Pankreatitis) oder des Darm (Colitis) eine entscheidende Rolle. Als Leiter der neu berufenen Forschergruppe wurde der 34-jährige Molekularbiologe Prof. Dr. Mathias Heikenwälder berufen.

Über ein strenges Auswahlverfahren der Helmholtz-Gemeinschaft ist Heikenwälder vom Helmholtz Zentrum München berufen, eine von insgesamt 20 neu bewilligten wissenschaftlichen Nachwuchsgruppen einzurichten. Mit einem Jahresbudget von über 250.000 Euro wird er sich mit seinem Team die nächsten fünf Jahre mit den zellulären und molekularen Mechanismen von Gewebeveränderungen bei chronischen Entzündungsprozessen beschäftigen.

Der Fokus seiner Arbeit liegt auf der Aufklärung der Vorgänge, die zu chronischen Entzündungen, Gewebezerstörung, Karziongenese und Veränderungen im Stoffwechsel führen. Heikenwälder hat erst kürzlich mit seiner Arbeitsgruppe einen neuen Signalweg aufklären können, der durch Virusinfektion (Hepatitis-B- und C-Virus) zu chronischer Entzündung und Leberkrebs führt (Haybaeck et al., 2009, Cancer CELL; Wolf et al., 2010, Oncogene).

"Von den Forschungsimpulsen in der neu gegründeten Nachwuchsgruppe erwarten wir uns ein besseres Verständnis der Entzündungsvorgänge chronischer Krankheiten in Hinblick auf Diagnostik und Therapie", sagte der wissenschaftliche Geschäftsführer des Helmholtz Zentrums München, Prof. Dr. Günther Wess. Damit leiste das Zentrum einen wichtigen Beitrag zur Erforschung chronischer Krankheiten, die aus dem Zusammenwirken von Umweltfaktoren und individueller genetischer Disposition entstehen.

Chronische Entzündungen sind eines der Hauptprobleme der westlichen, vor allem aber auch der Dritten Welt. Dazu gehören die viral (z.B. Hepatitis-B- und C-Virus) ausgelöste wie auch die nicht-virale Form (z.B. massiver Alkoholkonsum) der Hepatitis, der Pankreatitis (Entzündung der Bauchspeicheldrüse) oder chronische Entzündungen des Darms (Colitis). Etwa 500 Millionen Menschen sind zum jetzigen Zeitpunkt mit dem Hepatitis-B- oder C-Virus infiziert und leben mit dem Risiko schwere Leberschäden oder Leberkrebs zu bekommen.

Eine chronische Entzündung ist durch die andauernde Anwesenheit aktivierter Immunzellen in nicht-lymphoiden Organen wie Leber und Nieren charakterisiert. Veränderungen von intaktem Gewebe und dessen Stoffwechsel rufen letztlich anormale Reaktionen im Körper hervor. Die Folgen sind sowohl das Absterben von Zellen (Nekrose) als auch unkontrolliertes Zellwachstum bis hin zur Entstehung von Krebs. Bislang fehlen bei vielen dieser Leiden geeignete Therapien; oftmals kann lediglich symptomatisch behandelt werden.

Zur Person: Mathias Heikenwälder

Die Arbeitsgruppe von Mathias Heikenwälder (34), die sich bislang vollkommen über Drittmittel finanzierte, forschte zuletzt am UniversitätsSpital Zürich, Department Patholgie. Der Molekularbiologe promovierte über immunologische Aspekte peripherer Prionen-Pathogenese und der Rolle chronischer Entzündungen, habiliterte 2009 in Zürich zum Thema experimentelle Pathologie und ist Empiris-Preisträger 2006, seit 2007 Prof. Dr. Max-Cloëtta fellow und Götz-Preisträger 2009. 2010 erhielt er eine Forschungsförderung des Europäischen Forschungsrates ERC (European Research Council). Eine klinische Studie mit Hepatitis-C-Virus infizierten Patienten in Zusammenarbeit mit der Immunomonitoring Unit (Helmholtz), dem Clincial Trial Center Zürich und der Firma Biogen IDEC ist in Vorbereitung.

Das Helmholtz Zentrum München ist das deutsche Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt. Als führendes Zentrum mit der Ausrichtung auf Environmental Health erforscht es chronische und komplexe Krankheiten, die aus dem Zusammenwirken von Umweltfaktoren und individueller genetischer Disposition entstehen. Das Helmholtz Zentrum München beschäftigt rund 1.700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Der Hauptsitz des Zentrums liegt in Neuherberg im Norden Münchens auf einem 50 Hektar großen Forschungscampus. Das Helmholtz Zentrum München gehört der größten deutschen Wissenschaftsorganisation, der Helmholtz-Gemeinschaft an, in der sich 16 naturwissenschaftlich-technische und medizinisch-biologische Forschungszentren mit insgesamt 26.500 Beschäftigten zusammengeschlossen haben.

Weitere Informationen finden Sie unter
http://www.helmholtz-muenchen.de/presse-und-medien/pressemitteilungen/pressemitteilungen-2010/pressemitteilung-2010-detail/article/13433/9/index.html

Kontaktdaten zum Absender der Pressemitteilung:
http://idw-online.de/pages/de/institution44

Quelle: Helmholtz Zentrum München / Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Michael van den Heuvel, 09.08.2010

Raute

Quelle:
Informationsdienst Wissenschaft - idw - Pressemitteilung
WWW: http://idw-online.de
E-Mail: service@idw-online.de


veröffentlicht im Schattenblick zum 11. August 2010