PUTZ 3/01

Von Viren und Zellen

Arbeitsgruppe konzentriert sich auf Bakteriophagen

Ein Grippe-Virus dockt an die Wirtszelle an- die Infektion kann beginnen. Dabei bindet sich das Influenza-Virus mit einem Protein auf seiner Aus­senfläche an ein Kohlenhydrat auf der Oberfläche der Wirtszelle.

Solche Bindungen von Pro­teinen an Kohlenhydratstruk­turen spielen ein große Rolle, nicht nur bei Viruserkrankun­gen, sondern beispielsweise auch

Dreidimensionales Modell der beiden gebundenen Moleküle am Beispiel des Salmonella-Phagen P22. Das Kohlenhydrat wird in einer flachen Grube gebun­den, die seiner lang gestreckten Gestalt angepasst ist.

bei Wurzelknöllchen von Erbsen oder Sojabohnen, wo sich Stickstoff bindende Bakterien ansiedeln, die für die Pflanze nützlich sind. Wenn man solche Wechselwirkungen zwischen

Proteinen und Kohlenhydraten gezielt

beeinflussen könnte,

Computergrafik: Seckler

hätte man nicht nur Zugang zu neuen Medikamenten, sondern könnte vielleicht auch wichtige Nutzpflanzen verbessern.

Kohlenhydratmoleküle können

Die Sprache der Zellen

Zoophysiologen erforschen Sehprozess

Wenn nach der Befruchtung einer Eizelle neues Leben ent­steht, wenn wir unsere Mus­keln bewegen, unser Herz schlägt, wenn wir weinen oder wenn uns das Wasser im Mund zusammenläuft, wenn Hormone ausgeschüttet wer­den, sich Erregungsvorgänge und damit Informationen in unserem Nervensystem aus­breiten oder Zellen unterge­hen, immer sind Calcium­Ionen als chemische Boten beteiligt.

Damit sie derartig vielfältige Funktionen wahrnehmen kön­nen, besitzen tierische Zellen

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ein subtil ineinandergreifendes Repertoire von Mechanismen, welche die Konzentration dieses Ions in den Zellen in komplexer Weise zeitlich und räumlich re­gulieren. Die Erforschung die­ser Regulationsmechanismen und der Calcium-vermittelten Signalübertragung erfordert hochempfindliche biophysikali­sche Messmethoden. Unver­zichtbar ‚sind auch die neuen

abbildenden Verfahren, mit denen sich die teilweise sehr schnellen Änderungen(im

Millisekundenbereich) der sehr niedrigen Calcium-Konzentra­

tion mit hoher räumlicher Auf­

aus einer Vielzahl unterschied­licher Bausteine zusammenge­setzt sein, so dass kettenförmige oder verzweigte Oligosaccharide entstehen. Kohlenhydrate sind deshalb eine ganz besonders variable Gruppe biochemischer Substanzen, und biologische Zellen und Organismen nutzen diese Moleküle häufig als Er­kennungssignale. Das genau ist ein Forschungsschwerpunkt der Professur für Physikalische Bio­chemie an der Universität Pots­dam. Bisher ist darüber erst wenig bekannt, wie Proteine zwischen verschiedenen Oligo­sacchariden unterscheiden. Das liegt unter anderem daran, dass komplexe Oligosaccharide aus natürlichen Quellen nur in klein­sten Mengen zu gewinnen sind und synthetisch nur mit sehr großem Aufwand hergestellt werden können. Daher arbeitet die Grundlagenforschung mit Modellsystemen, für die diese Einschränkung nicht gilt.

Die Arbeitsgruppe Seckler kon­zentriert sich auf Bakteriopha­gen. Die Viren befallen Bakte­rien und binden sich im ersten Schritt der Infektion mit stachel­artigen Proteinen(”Spikes”) an Kohlenhydratstrukturen auf der Zelloberfläche von harmlosen Bakterien oder von Krankheits­erregern wie Salmonellen oder Shigellen. In diesem Fall handelt es sich bei den Kohlenhydrat­strukturen um: so genannte

lösung(im Tausendstelmilli­meterbereich) analysieren las­sen.

Die Rolle der Calcium-Ionen ist eines der Forschungsgebiete, auf dem Zoophysiologen des Instituts für Biochemie und Biologie der‘ Uni seit. vielen Jahren erfolgreich/ arbeiten: Schwerpunktmäßig erforschen sie den Sehprozess; bei dem lichtempfindliche Photorezep­torzellen Licht absorbieren und in die Sprache des Nervensys­tems, also in‘: ‚elektrische Erregung, übersetzen. In einem weiteren Projektkreis werden die Mechanismen untersucht,

Titel

Lipopolysaccharide, die man in ausreichender Menge isolieren kann, weil die Bakterien leicht zu züchten sind. Die Spike­Proteine werden mit gentechni­schen Methoden hergestellt, so dass sie auch gezielt verändert werden können. Die Wissen­schaftler können so untersuchen, welche Molekülregionen eines Proteins besonders wichtig für die Bindung an das ent­sprechende Kohlenhydrat sind. Unverzichtbar für solche Unter­suchungen ist ein genaues, drei­dimensionales Modell der bei­den gebundenen Moleküle. Neben grundlegenden Erkennt­nissen über die Wechselwirkun­gen von Proteinen mit Kohlen­hydraten erwarten die Bio­chemiker, auch. praktischen Nutzen von ihren Bakteriopha­gen-Proteinen. Denn. solche Proteine könnten zukünftig auch für den. schnellen und zuverlässigen Nachweis von Bakterien eingesetzt werden, die Durchfallerkrankungen verur­sachen. Bisher ist ein solcher Nachweis nur ‚ durch, ‚eine umständliche und langwierige mikrobiologische Untersuchung zu erbringen, Ein chemaliger Doktorand der Arbeitsgruppe will diese Idee als Mitbegründer einer jungen Biotechnologie­firma nun verwirklichen.

Prof. Dr. Robert Seckler/ Institut für Biochemie und Biologie

die nach hormoneller oder ner­vöser Reizung die Sekretions­tätigkeit in Speicheldrüsen bewirken. Beide Vorgänge sind Calcium abhängig. Als Modell­objekte für diese Untersuchun­gen dienen vorwiegend die Augen, Sehzellen und Speichel­drüsen von Insekten, in denen molekulare Teilprozesse ablau­fen, wie sie auch in vielen Zellen und Organen anderer Tiere und des Menschen anzutreffen sind. Die Deutsche Forschungsge­meinschaft fördert diese Ar­beiten durch umfangreiche Sach- und Personalmittel.

Prof. Dr. Bernd Walz/ Institut für Biochemie und Biologie