Die Nadel im Heuhaufen ist tatsächlich eine Nadel.

Kategorie: Naturwissenschaften  ·  Kommentare: 3

Bakteriophagen, also Viren, welche Bakterien befallen, verwenden ein Eisenatom als Spitze der Injektionsnadel, mit der die Bakterien angebohrt und die Phagen-DNA injiziert wird. Bakteriophagen sind wunderschöne Gebilde, die ein bisschen an Roboter rinnern. Sie werden in der Wissenschaft in verschiedenen Fachbereichen als Hilfsmittel eingesetzt, wie zum Beispiel beim Phage Display, oder bei der verwendung genetischer Bausteine, die aus Phagen abgeleitet wurden.

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Autor: Felix Bohne· 28.02.12 · 07:23 Uhr· 3 Kommentare

Eizellenneubildung in erwachsenen Frauen - ein Paradigmenwechsel?

Kategorie: Naturwissenschaften  ·  Kommentare: 12

Seit den 1950er Jahren geht die Gemeinde der Fortpflanzungs- und Fertilitätsforscher davon aus, dass Frauen mit dem vollständigen Repertoire aller Eizellen geboren werden, die später zu Follikeln reifen und nach dem Eisprung zur Befruchtung bereitstehen können. Dies scheint nicht der Wahrheit zu entsprechen.

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Autor: Felix Bohne· 27.02.12 · 10:41 Uhr· 12 Kommentare

Singende Mäuse

Kategorie: Naturwissenschaften  ·  Kommentare: 6

Dass Ratten lachen habe ich vor ein paar Jahren gelernt. Dass Mäuse singen finde ich demnach genauso spannend. Der Grund für den Gesang ist wie bei Walen und Vögeln der Versuch einen potentiellen Partner zu beeindrucken. Diese im Ultraschallbereich stattfindenden Gesänge sind für das menschliche Gehör zwar nicht vernehmbar, dafür aber für andere Mäuse. Die Mäusedamen können dabei den Gesang von verwandten und fremden Mäusen unterscheiden. Die Untersuchungen der Wissenschaftler am Konrad Lorenz Institute für Ethologie in Österreich ergaben, dass der Gesang dem von Vögeln ähnelt. Es liessen sich, laut Autorin, gar verschiedene Abschnitte, Silben und Strophen erkennen.

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Autor: Ulrike Brandt-Bohne· 22.02.12 · 10:46 Uhr· 6 Kommentare

Für Menschen mit Entscheidungsangst - Der Schrödinger's Katze exekutive Entscheidungsfinder

Kategorie: Naturwissenschaften  ·  Kommentare: 6

Der Begriff "Schrödinger's Katze" bezieht sich auf eine Gedankenexperiment von Erwin Schrödinger aus dem Jahre 1935. Dabei beschrieb er eine geschlossene Kiste mit einem darin befindlichen Atomkerrn, der mit einer statistischen Wahrscheinlichkeit zerfällt. Ein ebenfalls in der Kiste vorhandener Geigerzähler nimmt den Zerfall wahr und setzt daraufhin Giftgas frei, was die ebenfalls in der Kiste befindliche Katze töten würde. Laut Quantenmechanik befindet sich der Atomkern in einem Zustand der Überlagerung, er ist also sowohl stabil wie auch zerfallen. Dies würde für die Katze bedeuten, dass sie sich ebenfalls im Zustand der Überlagerung befindet und sowohl tot als auch lebendig ist. Dies ist ein Paradoxon und lässt sich heranziehen um die Eigenartigkeiten der Quantenmechanik zu verdeutlichen. Dabei ist die Übertragung quantenmechanischer Regeln auf ein makromolekulares System wie die Kiste mit der Katze stets problematisch. In der sogenannten Kopenhagener Deutung wurde es wie folgt erklärt: Beim Öffnen der Kiste fällt der Atomkern, der sich vor dem Öffnen im Zustand der Überlagerung befand, in einen der beiden Zustände. Und das liegt am Einfluss des Beobachtens oder der Messung. Und genau an diesem Punkt steige ich auch ganz klar aus der Materie aus. Egal, ich wollte hier auch nur auf ein wunderbares Nerd-Spielzeug aufmerksam machen, das ich bei ThinkGeek entdeckt habe, den "Schrödinger's Cat Executive Decision Maker". Dabei handelt es sich um einen nachbau des Gedankenexperimentes, wobei man ein Türchen an der Kiste öffnen kann um den Zustand der Katze im inneren zu untersuchen. Diese befindet sich dann erst noch einige Sekunden im Zustand der Überlagerung und fällt dann in einen der beiden Endzustände. Habt ihr also jede menge schwere Entscheidungen zu terffen und braucht dafür eine Hilfe, ist dies optimal, denn die Quantenmechanik erlöst euch aus dem Dilemma. Hier noch ein Filmchen wie das ganze aussieht

Ich glaube ich brauch so was, und bei der nächsten wichtigen Entscheidung wie zum Beispiel das Tagesessen in der Mensa, Schniposa oder Ratatouille, werd ich Schrödinger's Katze befragen.

Autor: Felix Bohne· 21.02.12 · 14:19 Uhr· 6 Kommentare

Third Generation Sequencing - Nanoporensequenzierung verspricht menschliches Genom in 15 Minuten

Kategorie: Technik  ·  Kommentare: 3

Das Human Genome Project veröffentlichte vor genau 10 Jahren die erste Blaupause eines menschlichen Genoms, also der gesamten Erbinformation der rund Dreimilliarden Basenpaare, die als Informationsträger die Baupläne unserer Proteine und zusätzlicher regulatorischer Funktionseinheiten kodieren. Damals benötigten mehr als 1000 Wissenschaftler in 40 Ländern über 10 Jahre, um diese Mammut Aufgabe zu bewältigen. Ursprünglich wurde dabei die dideoxyneukleotidvermittelte Kettenabbruch-Methode nach Sanger verwendet. Hierbei wird die DNA, die aus Deoxynukleotiden besteht, in einer Polymerasekettenreaktion vervielfältigt und durch den Einbau eines „falschen" Dideoxynukleotids kommt es zum Abbruch der Verlängerung. Ist dieses Dideoxynukleotid nun je nach Typ (A, T, G oder C) mit einem unterschiedlichen Fluoreszenzfarbstoff markiert, lassen sich die Produkte nach ihrer Größe auftrennen und die Identität des entsprechenden Nukleotids am Kettenabbruch lässt sich durch Gelektrophorese oder später durch Gelmatrixauftennung bestimmen. Das ist arbeitsaufwendig und langsam und ermöglicht nur ein Auslesen relativ kurzer DNA-Abschnitte von einigen hundert Basenpaaren Länge.
Seit dem hat sich Vieles getan. Die zugrunde liegenden Techniken wurden verbessert und neue bei weitem schnellere Versionen der Sequenzierung kamen hinzu. Diese werden unter dem Begriff Next-Generation Sequencing zusammengefasst und stellen bereits unwahrscheinlich komplexe und miniaturisierte Systeme dar. So kommt es beim 454-Sequencing zum Beispiel zu tausenden paralleler Einzelreaktionen, die in geäzten Mikroreaktionskammerrn stattfinden. Hierbei wird „life" während der Vervielfältigung ausgelesen welches Deoxynukleotid momentan in den Strang eingebaut wird, und ein Strangabbruch ist nicht mehr nötig. Dies ermöglicht einen bedeutend höheren Durchsatz und benötigt geringere Mengen an Ausgangsmaterial. Eine weitere Methode der Next-Generation ist das Sequenzieren durch hybridisieren, wobei viele tausend kurze definierte DNA-Abschnitte auf einer Glasoberfläche aufgebracht werden und durch Bindung an komplementäre DNA-Sequenzen deren Abfolge ergeben.
Diese Methoden der Next-Generation Sequenzierungen haben einen wahren Boom an Studien und Projekten ermöglicht, da mit der fortschreitenden Automatisierung natürlich auch der Preis für eine Genomsequenzierung rapide gesunken ist. Und nun ist es die Zeit für die Third-Generation Methoden, von welchen gestern eine beeindruckende Variante vorgestellt wurde. Ich hatte bereits vor einigen Jahren von der Idee der Nanoporensequenzierung gelesen und war begeistert. Bei dieser Methode wird ein DNA-Strang durch eine in einer Membran eingebettete Pore gezogen, die gerade groß genug ist, um die einzelnen Basen passieren zu lassen. Bei diesen Poren handelt es sich tatsächlich um biologische Bausteine wie das alpha-Hämolysin, einen Ionenkanal, welcher den Fluss geladener Teilchen durch die Zellmembran steuert. Und ebenso ein Fluss wird hier auch angelegt und gemessen. Im Zustand ohne ein DNA-Molekül an der Pore würde dieser Fluss ungebremst die Pore passieren. Doch da die vier verschiedenen Basenbausteine der DNA unterschiedliche chemische Eigenschaften besitzen lassen sie sich bei der Passage der Pore durch die Veränderung des Flusses identifizieren und ihre Sequenz auslesen.

Nanopore DNA sequencing from Oxford Nanopore on Vimeo.

Theoretisch sollte bei dieser Methode die Gesamtlänge des DNA-Strangs keine große Rolle mehr spielen und damit längere Leseraten ermöglichen, was die Effizienz dieser Methode enorm steigern sollte. Außerdem kommt es zu keiner Zerstörung des analysierten DNA-Molküls, was zumindest theoretisch ein Weiterverarbeiten dieses einen analysierten Moleküls ermöglichen würde. Dies kann in bestimmten Fragestellungen ein enormer Vorteil sein, wenn man sich beispielsweise mit einzelnen definierten Mutationsprozessen beschäftigt.
Eine weitere Sensation ist die Preisankündigung. Demnach soll es in naher Zukunft unter Verwendung dieser Methode möglich werden, ein komplettes menschliches Genom in knapp 15 Minuten für eine Preis unter 1000 $ zu erhalten. Dies würde die Tür öffnen zu einer personalisierten Genomanalyse für jeden. Ob dies jedoch, von einigen Ausnahmesituationen bekannter Erbkrankheiten und definierter Mutationen abgesehen allzu viel Sinn machen würde. Bleibt dahingestellt. Für die Grundlagenforschung, der ja bekanntlicherweise immer das Geld fehlt ist es allemal eine großartige Entwicklung und wird bestimmt schnell Einzug in den Laboralltag halten. Ganz besonders eine Wegwerfvariante der Methode, die im USB-Stickformat auf den Markt kommen soll und schnelle und zeitnahe Sequenzierungsergebnisse verspricht.

Autor: Felix Bohne· 21.02.12 · 11:26 Uhr· 3 Kommentare

Autophagie und Krebs - Das" Sich-Selbst-Fressen" scheint essentiell für das Wachstum von Krebszellen

Kategorie: Medizin  ·  Kommentare: 4

Die Autophagie, das Verdauen zelleigener Organellen und Proteine ist ein Recyclingprogramm der Zelle, das bei der Wiederverwertung von beschädigten Proteinen und Zellbausteinen eingesetzt wird. Der Name bedeutet, dass innerhalb der Zelle Material in Hohlräume, die sogenannten Autophagosomen, eingeschlossen und anschließend durch Ansäuerung verdaut wird. Die Zelle sich also tatsächlich zum Teil selbst „frisst". Besonders in Stresssituationen wie bei mangelnder Nährstoffversorgung dient dieser Mechanismus dazu, das Energiegleichgewicht der Zelle aufrechtzuerhalten und sichert ein Überleben.

Hepatozelluläres Karzinom (Bild: Wikipedia)

Krebszellen sind erwiesenermaßen abhängig von diesen Mechanismen, da es in schnell wachsenden Tumoren typischerweise zu Nährstoffmangel kommt. Das liegt einerseits an dem beschleunigten Wachstum, das zu einer Kompetition um Nährstoffe führt und andererseits an einem zu langsamen Einwachsen neuer Blutgefäße, die die Nährstoffe zu den Krebszellen transportieren. Um die Krebszellen weiterhin mit der nötigen Energie zu versorgen ist die Autophagie in vielen Tumorarten erhöht. Ergebnisse aus Zellkulturexperimenten und diversen klinischen Studien lieferten nun vielversprechende Aussichten für eine potentielle therapeutische Anwendung eines altbekannten Malaria- und Rheumamittels, dem Hydroxychloroquin (HDC). Denn dessen Wirkung ist eben genau die Inhibition der Autophagie und damit eine mögliche therapeutische Wirkung auf das Wachstum von Krebszellen.
In Modellen von therapieresistenten Tumoren, also mit aktueller Therapie unbehandelbar, zeigte der zusätzliche Einsatz von HDC in Kombination mit der Standardtherapie einen positiven anti-Tumoreffekt. Im Moment wird das HDC in mehr als 30 klinischen Studien kombinatorisch mit Chemotherapy, Bestrahlung oder Immuntherapy eingesetzt und erste Auswertungen zeigten vielversprechende Resultate.
Vieles ist noch unbekannt im Spiel der Wechselwirkungen von Krebs und Autophagie, doch da es sich um einen ausgesprochen essentiellen zellulären Mechanismus handelt, ist es sehr unwahrscheinlich, dass es bei einem derartigen Therapieansatz zu einer tolerierenden Anpassung kommen kann. Im Moment werden auch neuartige Wirkstoffe erforscht, die eine Autophagiehemmung vermitteln können und ein neuer Wirkstoff, Lys05, zeigte beispielsweise eine 10-fach potentere Wirkung bei der Hemmung der Autophagie. Möglicherweise ist dies ein ganz neuer Ast der Krebstherapie, der in Zukunft bei der Unterstützung der bekannten Standardtherapien zum Einsatz kommen wird.

Hier die Pressemitteilung.

Autor: Felix Bohne· 21.02.12 · 09:56 Uhr· 4 Kommentare

Wissenschaftliches Fehlverhalten!

Kategorie: Naturwissenschaften  ·  Kommentare: 1

Man kennt es, der Druck ist groß, publish or perish, da kann es irgendwann passieren, dass die erhofften, aber nicht produzierbaren Resultate gefälscht werden. In welchem Maß das passiert weiß wahrscheinlich niemand so genau, aber die Möglichkeiten der computergestützten grafischen Datenverarbeitung haben es viel schwieriger gemacht, damit durchzukommen.
Ein schönes Beispiel wurde nun in einem YouTube Video zusammengefasst:

Auf der Homepage des Filmemachers sind noch umfangreichere Nachweise zu finden. Unglaublich!

Autor: Felix Bohne· 02.02.12 · 17:11 Uhr· 1 Kommentar

Das GB-Virus C verringert die Replikation von HI-Viren

Kategorie: Medizin  ·  Kommentare: 8

Ein Enzym des GB-Virus C kann die Vervielfältigung von HI-Viren inhibieren und vermittelt in HIV infizierten Patienten eine Verringerung der Viruslast, geringeren Verlust von T-Helferzellen und ein besseres Ansprechen auf die kombinierte anti-retrovirale Therapie.

Das GB-Virus C (GBV-C) ist ein relativ neuer Vertreter in der Familie der Flaviviren und ist eng mit dem humanen Hepatitis C Virus verwandt. Genau wie dieses besteht sein Genom aus einem positiv orientierten RNA-Einzelstrang von welchem ein Polyprotein translatiert wird. Dieses Polyprotein wird durch virale und zelluläre Proteasen, also Enzyme, die Proteine zerschneiden können, in seine funktionellen Untereinheiten zerlegt, wodurch die eigentlichen Virusproteine entstehen. Diese umfassen die Oberflächenproteine, die das Viruspartikel umhüllen, und die sogenannten nicht-strukturellen Proteine, zu denen die Proteasen (NS2/NS3) gehören und NS3 noch eine Helikase/ATPase beinhaltet. Außerdem wird der Kofaktor NS4A benötigt, der wahrscheinlich NS3 bindet und eine Anlagerung an spezifische Membranabschnitte vermittelt, die der Virusreplikation dienen. Die meisten dieser Eigenschaften sind jedoch aufgrund der Homogenität zu den Proteinen des HCV abgeleitet worden. Neben ihrer Aufgabe bei der Aufbereitung des viralen Polyproteins, kommt es beispielsweise bei HCV durch die NS3/4A-Protease auch zur proteolytischen Zerstörung von Signalproteinen der Immunantwort, wodurch sich das Virus vor einem immunologischen Angriff schützt.
Schon vor einiger Zeit hat man festgestellt, dass eine Infektion mit dem GBV-C in HIV Infizierten zu einer Verbesserung des Krankheitsverlaufes führen kann. GBV-C/HIV infizierte Patienten haben eine bessere Überlebensrate, geringere Virusmengen im Blut, eine geringere Depletion von CD4 positiven Helferzellen und eine verlangsamte AIDS-Entwicklung. Hypothesen für diesen Einfluss durch das GBV legten eine Verringerung der HIV-Oberflächenrezeptoren nahe, doch nun konnten Forscher um Adnan Chowdhury aus St. Louis zeigen, dass die nicht der Fall ist. In einem Zellkultursystem mit HIV-infizierten T-Zelllinien konnten sie zeigen, dass es nicht zu einem Verlust der Oberflächenrezeptoren CD4 und CXCR4 kommt. Diese Strukturen benötigt das HIV um seine Wirtszellen zu infizieren. Stattdessen scheint die GBV-C Protease NS3/4A zusammen mit den GBV-C Proteinen NS4B entweder ein HIV-Protein oder ein essentielles zelluläres Protein, das für die Vervielfältigung des HIV benötigt wird, zu zerschneiden. Um auszuschließen, dass es sich um eine Kompetition der beiden Viren handelte, brachten die Forscher die GBV-C Protease alleine oder mit den NS4 Proteinen in die Zelle ein, ohne eine tatsächliche Infektion mit GBV-C zu verursachen. Das tatsächliche Zielprotein (Substrat) der NS3-Protease muss erst noch entdeckt werden.
Dass dieser Effekt auf die protelytischen Eigenschaften der NS3-Protease zurückzuführen ist, konnte durch Mutationsexperimente gezeigt werden. Dabei wurde das reaktive Zentrum der Protease so verändert, dass die essentielle Aminosäure Serin durch Alanin ausgetauscht wurde und so sein Zielprotein nicht mehr schneiden konnte. Dies hatte den Verlust der HIV-Inhibition zur Folge.
Die Autoren haben auch die Proteinschnittstellen der HCV und GBV-C Proteasen verglichen und festgestellt, dass trotz Ähnlichkeiten der beiden Enzyme unterschiedliche Zielsequenzen erkannt und geschnitten werden. Die untermauert eine Wirkung der GBV-C Protease, die unabhängig von HCV Proteasen stattfindet, und deshalb ein Vergleichbarer Einfluss bei HCV/HIV infizierten Patienten nicht entdeckt wurde.
Da es sich um eine Inhibition der HIV-Replikation handelt, die unabhängig von den HIV-Oberflächenrezeptoren abläuft, kann geschlussfolgert werden, dass es sich um einen neuen bisher unbekannten Mechanismus handelt, der durch die proteolytische Eigenschaft der GBV-C NS3 Protease vermittelt wird. Dies hat natürlich ein therapeutisches Potential als neuer Wirkstoff, doch ob es ein solcher durch alle Hürden der pharmakologischen Zulassung schafft, bleibt abzuwarten.

George, S., Varmaz, D., Tavis, J., & Chowdhury, A. (2012). The GB Virus C (GBV-C) NS3 Serine Protease Inhibits HIV-1 Replication in a CD4+ T Lymphocyte Cell Line without Decreasing HIV Receptor Expression PLoS ONE, 7 (1) DOI: 10.1371/journal.pone.0030653

Autor: Felix Bohne· 02.02.12 · 14:45 Uhr· 8 Kommentare