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Ein Forschungsteam um den Biochemiker der Freien Universität Berlin, Prof. Dr. Helge Ewers, hat eine neue Technik zur Untersuchung von Proteinen in Zellen entwickelt. Dabei werden mithilfe eines kurzen Laserblitzes eingefärbte Eiweißmoleküle zur Beobachtung freigesetzt. Von der Methode versprechen sich die Forschenden zahlreiche neue Anwendungsfälle in wissenschaftlichen Laboren. Die Studie dazu mit dem Titel “An optogenetic method for the controlled release of single molecules“ ist gerade im Fachmagazin „Nature Methods“ erschienen (https://www.nature.com/articles/s41592-024-02204-x ).
Die meisten Funktionen der Zellen unseres Körpers werden von winzig kleinen Maschinen, den Proteinen ausgeführt. Um die Funktion dieser nur Millionstel Millimeter großen Eiweiße besser zu verstehen, können sie in der Arbeitsgruppe des Biochemikers Prof. Dr. Helge Ewers am Institut für Chemie und Biochemie der Freien Universität Berlin einzeln beobachtet werden. Diese sogenannte Einzelmolekülmikroskopie und die Verfolgung einzelner Moleküle hat zum Verständnis zellulärer Mechanismen wie zum Beispiel des Kopierens der Erbinformation beigetragen. Eine Schwierigkeit dieser komplexen Technologie bestand bislang allerdings darin, dass in der Zelle Milliarden von Proteinen vorkommen und es schwer ist, mit Farbstoffen versehene Proteine einzeln für sich im Kontext der Zelle zu beobachten.
Das Forschungsteam um Helge Ewers hat nun eine neue Technik entwickelt, die es erlaubt, nur wenige, eingefärbte Proteine gleichzeitig zu beobachten. Die eingefärbten Proteine werden nach der Biosynthese im Zentrum der Zelle durch eine molekulare Bindung festgehalten. Ein kurzer, energiereicher Laserblitz durchtrennt dann die Bindung und eine Anzahl der Proteine wird an den Ort ihrer Funktion in der Zelle transportiert. „Die neue Technik ist ein Durchbruch für die Untersuchung einzelner Proteine in Zellen, weil sie es möglich macht, mit Hilfe eines nur kurzen Pulses an Laserlicht, einige Moleküle zur Beobachtung in der Zelle freizusetzen“, erklärt der Leiter der Forschungsgruppe der Freien Universität Prof. Dr. Helge Ewers. Die Erstautorin und Zellbiologin Dr. Purba Kashyap von der Freien Universität Berlin betont: „Als wir dann gesehen haben, dass wir die Zahl der freigesetzten Proteine durch die Intensität der Bestrahlung kontrollieren können, wussten wir, dass unsere Technik ein weites Anwendungsfeld hat und vielen Forschenden helfen wird.“
Die nun in der jüngsten Ausgabe von „Nature Methods“ beschriebene Technik ist in Zusammenarbeit der Arbeitsgruppe an der Freien Universität gemeinsam mit mehreren Laboren in Berlin, Hamburg und Tokyo entstanden. „Die Technik wurde bereits in drei Laboren etabliert, ist daher sehr robust und wir sind bereits mit vielen Interessenten aus der Wissenschaft in Kontakt, die diese Technik anwenden wollen“, sagt der Biochemiker. Mögliche Einsatzgebiete könnten künftig neben der direkten Beobachtung einzelner Proteine zum Beispiel auch die Manipulation von Funktionen in infizierten Zellen oder einzelnen Zellen von Lebewesen sein. „Wir könnten zum Beispiel untersuchen wie viele mutierte Rezeptoren eine Zelle dazu bringen sich unkontrolliert zu Teilen, weil wir endlich genau definierte Mengen an Proteinen freisetzen können.“
Die Arbeitsgruppe um Helge Ewers hat zudem bereits Pläne, die Technik mit Partnern anzuwenden und zu erweitern: „Berlin ist ein wichtiger Forschungsstandort für Forschungsmethoden, die mit Licht biologische Probleme erforschen, die sogenannte Optogenetik. Und wir freuen uns, dass wir mit Prof. Andrew Plested (Humboldt Universität) und Dr. Marcus Taylor (Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie) so effizient zusammenarbeiten konnten.“ Gemeinsam konnten die Arbeitsgruppen darstellen, wie durch die neue Technik die Funktion von Proteinen in Immunzellen mit Gendefekt wiederhergestellt werden konnte. In naher Zukunft soll in Zusammenarbeit mit weiteren Forschungsgruppen die Anwendung der neuen Methodik in Fruchtfliegen gelingen.
Prof. Dr. Helge Ewers, Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie, Institut für Chemie und Biochemie, E-Mail: helge.ewers@fu-berlin.de; Web: https://www.bcp.fu-berlin.de/en/chemie/biochemie/research-groups/ewers-group/mit...
Die Studie „An optogenetic method fort he controlled release of single molecules“ ist im März im Fachmagazin Nature Communications erschienen und kann abgerufen werden unter: https://www.nature.com/articles/s41592-024-02204-x
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Biology, Chemistry
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
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