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| Branchennachricht |
| Erste biowissenschaftliche Simulationen auf Europas schnellstem Vektorrechner
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06.10.06 |
| Seinem leistungsstärksten "Mitarbeiter" begegnet der Vorstandsvorsitzende der Insilico Biotechnology AG, Klaus Mauch, jeden Tag schon vor Arbeitsbeginn. Nur wenige Schritte vom Firmensitz in Stuttgart-Vaihingen entfernt befindet sich das Höchstleistungsrechenzentrum der Universität Stuttgart. Dort arbeitet seit Anfang Oktober 2006 der europaweit schnellste Computer an hochkomplexen Operationen, die den Technologievorsprung der Insilico durch biotechnologische Computersimulationen weiter festigen sollen. "Probleme, die bisher gar nicht oder nur mit einem immensen Zeitaufwand zu lösen waren, lassen sich nun plötzlich knacken", begeistert sich Klaus Mauch angesichts der neuen Möglichkeiten für Insilico. Auch Dr. Klaus Eichenberg, Geschäftsführer der BioRegio STERN Management GmbH, begrüßt die erste systembiologische Anwendung auf dem neuen Superrechner entschieden: "Das Kooperationsprojekt unterstreicht die idealen Bedingungen für Biotech-Unternehmen in dieser Region, schon in wenigen Monaten werden wir Ergebnisse vorliegen haben." Was sich die Bio-Ingenieure der Insilico Biotechnology AG vor allem erhoffen, sind detailgenaue Modelle von Zellstoffwechselvorgängen, um in vergleichsweise kurzer Zeit Optimierungsvorschläge für biotechnologische Produktionsprozesse entwickeln und präsentieren zu können. Insilico - und hier sieht das Unternehmen eine Kernkompetenz - ist damit in der Lage, das gesamte bekannte Stoffwechselgeschehen einer Zelle im Computer zu simulieren. Es lässt sich zeigen, was passiert, wenn in Reaktionsketten eingegriffen wird. Darüber hinaus werden Vorhersagen bezüglich der Reaktionswege, die bei Stoffwechselprozessen zur optimalen Ausbeute an gewünschten Substanzen führen, ermöglicht.´ Aus der Sicht der Insilico-Kunden liegen die Vorteile solcher Simulationen auf der Hand. Biotechnologische Produktionsprozesse können, anstatt nach dem Prinzip von "Trial-and-Error" zu verfahren, gezielt gestaltet und optimiert werden. Entscheidungen von großer wirtschaftlicher Tragweite lassen sich auf der Basis der Rechenergebnisse vorstrukturieren. "Wo wenig Erfolg versprechende Produktionsvarianten ausgeschlossen werden können, ohne dass durch Laborversuche Geld ausgegeben werden muss, entsteht für unsere Kunden ein großes Einsparpotenzial", bringt Klaus Mauch den Nutzen der Insilico-Dienstleistungen auf den Punkt. Bisher interessieren sich vor allem Unternehmen aus dem Bereich der "Weißen Biotechnologie" - konkret: Chemieunternehmen wie Degussa und BASF - aber auch Pharmaunternehmen wie Boehringer Ingelheim für das Stuttgarter Unternehmen. Schließlich kann vor allem bei industriellen Massenproduktionsprozessen, wie der biotechnologischen Herstellung von Vitaminen, jede kleine Verbesserung Millionen einsparen helfen. Bei Modellen, die das gesamte Erbgut einer Spezies darstellen oder Zellstoffwechselprozesse detailliert simulieren, ist Insilico bereits weltweit führend. "Wir haben die wesentlichen Arbeitstiere der Biotechnologie wie das Darmbakterium E. coli oder Hefe komplett in silico, also auf dem Computer, verfügbar", sagt Klaus Mauch, der vom robusten Wachstum seines Unternehmens in den kommenden Jahren überzeugt ist. Die Zusammenarbeit mit dem Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart wird dabei eine bedeutende Rolle spielen. zk/rab Über BioRegio STERN: In der baden-württembergischen Region Stuttgart, Tübingen, Esslingen, Reutlingen und Neckar-Alb ist dieBio Regio STERN Management GmbH gemeinsames Kompetenznetzwerk, Anlauf- und Beratungsstelle für Existenzgründer, Unternehmer und Forscher im Bereich Biotechnologie. BioRegio STERN fördert die Zusammenarbeit unterschiedlichster Disziplinen wie Medizin, Prozesstechnik, Sensorik, Ernährungswissenschaft, biochemische Analytik und Bioinformatik. Einen bedeutenden Schwerpunkt bildet die Regenerationsbiologie. BioRegio STERN vertritt die Interessen der Existenzgründer, Unternehmer und Forscher gegenüber Politik, Medien und Verbänden, bündelt Wirtschaftsförderung und Marketing, berät bei Förderanträgen und Unternehmensfinanzierungen und stützt diese Arbeit durch eine engagierte Presse- und Öffentlichkeitsarbeit. BioRegio STERN wird unterstützt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Förderprogramms "BioProfile", den Regionen Stuttgart und Neckar-Alb sowie den Städten Stuttgart, Tübingen, Esslingen und Reutlingen. Geschäftsführer ist der Molekular- und Zellbiologe und Investmentanalyst Dr. Klaus Eichenberg. Über Insilico Biotechnology AG: Insilico Biotechnology gestaltet und optimiert biotechnologische Prozesse für die chemische, pharmazeutische, Agro- und Ernährungsindustrie. Insilico verfügt über international anerkannte Expertise sowie eine weltweit einmalige Systembiologie-Plattform, welche proprietäre Datenbanken, Zellmodelle und Rechner gestützte Auswerteverfahren zusammenfasst. Durch Integration und Auswertung experimenteller Daten mittels genomweiter Netzwerkmodelle bietet Insilico neue Lösungen zur Herstellung von Biochemikalien und Biopharmazeutika, validiert Wirkstoffe und verkürzt Entwicklungszeiten von Medikamenten. Im Jahr 2001 als Spin-off der Universität Stuttgart gegründet, beschäftigt Insilico heute acht Mitarbeiter. Geleitet wird das Unternehmen, das im Juli 2006 in eine AG umgewandelt wurde, von Klaus Mauch. Herausgeber: BioRegio STERN Management GmbH, Friedrichstraße 10, 70174 Stuttgart, 07118703540, info@bioregio-stern.de Redaktion: Zeeb Kommunikation, Hohenheimer Straße 58a, 70184 Stuttgart, 07116070719, info@zeeb.info Insilico Biotechnology AG: Klaus Mauch (CEO), Nobelstraße 15, 70569 Stuttgart, 071165696661, www.insilico-biotechnology.com , info@insilico-biotechnology.com Quelle: www.pressreltions.de |
| Branchennachricht |
| Lichtmikroskope in der Zukunft
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23.08.06 |
| "Der internationale Fortschritt auf dem Gebiet der Lichtmikroskopie ist eng mit dem Namen Heidelberg verbunden", betont Professor Christoph Cremer vom Kirchhoff-Institut für Physik der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg im Rückblick auf das dieser Tage zu Ende gegangene Internationale Symposium "Optical Analysis of Biomolecular Machines" in Berlin. Lag das Auflösungsvermögen von Lichtmikroskopen noch vor wenigen Jahren bei etwa 200 Nanometer, so erreichen moderne Lichtmikroskope heute eine Auflösung von 15 bis 20 Nanometer. Damit wird es möglich, molekulare Vorgänge in lebenden Zellen zu beobachten und auch quantitativ zu analysieren. Dafür ist jedoch eine Zusammenarbeit verschiedenster Forschungsrichtungen von Molekularbiologie über Physik, Chemie bis hin zur Bildverarbeitung unabdingbar. Das Berliner Symposium, das im Rahmen des von Christoph Cremer koordinierten Schwerpunktprogramms "Supramolekulare Biostrukturen" (DFG SPP1128) stattfand und von ihm selbst sowie der Berliner Kollegin Dr. Cristina Cardoso vom Max Delbrück Zentrum für Molekulare Medizin organisiert wurde, brachte dementsprechend auch Wissenschaftler der verschiedensten Forschungsgebiete zusammen. Dabei durfte natürlich einer der Pioniere der modernen Lichtmikroskopie, Professor Stefan Hell vom Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen, nicht fehlen, der einstmals in Heidelberg am heutigen Kirchhoff-Institut für Physik diplomierte, promovierte, sich habilitierte und hier immer noch eine Professur inne hat. "Er hielt einen für alle beeindruckenden Vortrag über ein neues Konzept zur Brechung der Abbé-Beugungsgrenze", erinnert sich Christoph Cremer. Ernst Abbé hatte 1873 erkannt, dass die Auflösung eines Lichtmikroskops durch die Welleneigenschaft des Lichts auf eben 200 Nanometer beschränkt ist. Das bedeutet, dass Objekte, die enger als 200 Nanometer (200 Milliardstel Meter) zusammenliegen, als ein einziger verwaschener Fleck erscheinen. Anfang der 1990er Jahre war es Stefan Hell dann gelungen, Laser-Licht durch zwei hoch auflösende, gegenüberliegende Objektive auf einen Punkt zu konzentrieren. Die Lichtwellen beider Objektive werden dabei so überlagert, dass sie einen wesentlich kleineren Fokus bilden, als mit einem Objektiv allein. So konnte das Auflösungsvermögen der Lichtmikroskope in Richtung der Objektivachse um den Faktor fünf bis sieben verbessert werden. In seinem neuen, RESOLFT genannten Konzept werden bestimmte optische Übergänge zweier Zustände eines Fluoreszenzmarkers dazu genutzt, die von Abbé bestimmte Beugungsgrenze aufzuheben und das Auflösungsvermögen nochmals weiter zu steigern. Diesmal in der Ebene senkrecht zur Objektivachse. Beide Verfahren sollten sich zu einem Supermikroskop verbinden lassen, mit einer dreidimensionalen Auflösung, die in den Bereich der Größe einzelner Proteinmoleküle kommt. Fluoreszenz nutzt beispielsweise auch Dr. Udo Birk vom Heidelberger Kirchhoff-Institut für Physik bei der so genannten "Spatially Modulated Illumination" Mikroskopie (SMI). Durch zwei gegenläufige und genau aufeinander abgestimmte Laserstrahlen, die eine so genannte strukturierte Beleuchtung erzeugen, wird das Größenauflösungsvermögen des Mikroskops verbessert, bis hinunter zu wenigen zehn Nanometer. So kann etwa festgestellt werden, wie viele Proteine sich zu Komplexen zusammenballen oder wo genau ein Molekül sich überhaupt in der Zelle befindet - und das mit einer Genauigkeit von wenigen Nanometern. Es ist zu erwarten, dass diese und andere neue Verfahren der höchstauflösenden lichtoptischen Bildgebung das Wissen über die zellulären Nanostrukturen entscheidend verbessern werden. Dies wird von großer Bedeutung sein für unser grundlegendes Verständnis der Lebensvorgänge; ein solches verbessertes Verständnis wird langfristig aber auch neue Möglichkeiten der Gesundheitsforschung eröffnen. Um bestimmte Moleküle in den Zellen beobachten zu können, müssen diese aber markiert werden. Christoph Cremer vergleicht das mit dem Versuch, vom Mond aus Biertrinker, die Heidelberger Biere konsumieren, herauszufinden. Das kann eigentlich nur dann gelingen, wenn in Heidelberg hergestellte Biere auf eine bestimmte Art und Weise optisch gekennzeichnet würden, beispielsweise in dem sie blau gefärbt werden. Auf dem Mond könnte man dann mit Hilfe eines superauflösenden Teleskops alle Genießer Heidelberger Biere als kleine blaue Lichtpünktchen identifizieren. Ähnlich verhält es sich auch mit den Molekülen in den Zellen, die mit Hilfe besonderer Markierungsmethoden sichtbar werden. "Ohne diese Technik funktioniert auch die hochauflösende Lichtmikroskopie nicht", gibt Christoph Cremer zu bedenken. Dementsprechend war dieser Methodik genauso wie den Anwendungen der modernen Lichtmikroskope ein breiter Raum während des Symposiums gewidmet. Hier zeigten beispielsweise Biologen, Molekularbiologen und Chemiker, wo derzeitige und zukünftige Einsatzgebiete hochauflösender Lichtmikroskopie liegen. "Den zukünftigen Entwicklungen im Bereich der Lichtmikroskopie wurde am Rande der Tagung ebenfalls Rechnung getragen", blickt Christoph Cremer schon ein Stück in die Zukunft. Dabei wurden erste Pläne entwickelt, ein International Molecular Imaging Laboratory (IMIL) zu gründen, in dem die Forschungs- und Lehraktivitäten der beteiligten Institutionen und Forschungsrichtungen in diesem Bereich gebündelt werden. Aber auch die Entwicklung der Lichtmikroskopie ist noch lange nicht an ihrem Ende angelangt, und so gibt es Überlegungen, ein neues Super-Lichtmikroskop zu bauen, das an das Auflösungsvermögen eines Rasterelektronenmikroskops heranreicht und dabei gleichzeitig vielfarbige Aufnahmen zulässt. Stefan Zeeh Rückfragen bitte an: Professor Christoph Cremer Kirchhoff-Institut für Physik der Universität Heidelberg Im Neuenheimer Feld 227 D-69120 Heidelberg Tel. 06221549252 cremer@kip.uni-heidelberg.de Allgemeine Rückfragen von Journalisten auch an: Irene Thewalt Pressestelle der Universität Heidelberg Tel. 06221542311, Fax 542317 presse@rektorat.uni-heidelberg.de Quelle: www.pressrelations.de |
| Branchennachricht |
| Bakterien stellen Nano-Cluster aus Edelmetall her
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14.08.06 |
| Die Nanotechnologie wird von Experten als die Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts bezeichnet. Winzigkleine Partikel - ein Nanometer entspricht einem Millionstel Millimeter - werden heute bereits eingesetzt im Automobilbau, in der Optik und Elektronik oder auch in Materialien für Medizin und Hygiene. Die Natur hat eigene Mechanismen auf der Nanometerskala entwickelt. Grundlegendes Wissen um diese natürlichen Prozesse kann zur Entwicklung neuer Nano-Materialien beitragen. Um Nanopartikel aus dem Edelmetall Palladium herzustellen, nutzen Biologen vom Forschungszentrum Rossendorf (FZR) die Eiweißhülle eines Bakteriums als Trägerschicht. Das Bakterium schützt sich mit dieser Hülle vor dem Schwermetall Uran und kann damit in der exotischen Umgebung einer Uranerz-Abfallhalde überleben. Das Bakterium heißt "Bacillus sphaericus JG-A12" und wurde 1997 von einem Biologenteam des FZR in der Halde Johanngeorgenstadt in Sachsen entdeckt. Seine Eiweißhülle, im Fachjargon S-Layer genannt, weist eine regelmäßige Gitterstruktur mit Poren in der Größe von einigen Nanometern auf. Auf diese Gitterstruktur brachten FZR-Wissenschaftler zunächst ein Metallsalz mit gelösten Palladium-Ionen auf. Anschließend beobachteten sie die Anbindung der Metallsalze an die Eiweißhülle mit Hilfe eines patentierten Verfahrens der Infrarot-Spektroskopie. Das Hauptinteresse der Forscher galt genau dieser Interaktion zwischen dem biologischen Molekül und dem Metall. In den Poren des S-Layers verwandelt sich die unedle Metallsalzlösung unter Einsatz von Wasserstoff in das Edelmetall, das in Form von winzigen Palladiumkügelchen in regelmäßigen Abständen auf der Trägerschicht angeordnet ist. Ein solches Kügelchen besteht aus nur 50 bis 80 einzelnen Palladium-Atomen. Im Ergebnis entsteht eine Schicht aus Palladiumclustern mit neuartigen Eigenschaften. Das Bemerkenswerte hierbei ist, dass sich die Eiweißhülle und die Nanopartikel gegenseitig stabilisieren. Damit bleibt das Gesamtsystem sowohl bei hohen Temperaturen als auch in einer säurehaltigen Umgebung hochstabil. Aufgrund ihres kleinen Durchmessers bieten die Palladiumpartikel im Verhältnis zu ihrer Größe sehr viele Oberflächenatome, an denen andere Substanzen binden können. Palladium wird heute vielfach als Katalysator eingesetzt, etwa in der chemischen Industrie oder zur Entgiftung von Autoabgasen. Nano-Katalysatoren aus Palladium sind interessant, da sie bereits bei niedrigeren Temperaturen als Palladium in herkömmlichen Katalysatoren chemische Reaktionen beschleunigen. Die Technologie hierfür wird in vereinzelten Labors auch bereits erprobt. Die FZR-Wissenschaftler gehen jedoch einen Schritt weiter, denn ihr Ziel ist es, neuartige Nano-Katalysatoren mit anderen Edelmetallen wie etwa Gold herzustellen oder aber die Größe für Palladium-Nanocluster gezielt zu verändern. So könnten Einsatzmöglichkeiten und Effizienz von Nanokatalysatoren noch erheblich gesteigert werden. Als erster Gruppe ist es ihnen vor kurzem gelungen, die Art und den Ort der Bindung zwischen dem Edelmetall und der Eiweißhülle des "Bacillus sphaericus JG-A12" genauestens zu bestimmen. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, das S-Layer-Protein gentechnisch zu manipulieren. Selbst Materialien mit neuen optischen oder magnetischen Eigenschaften könnten dann in Zukunft mit der Hilfe von Bakterien erzeugt werden. Die Biologen Dr. Katrin Pollmann, Dr. Mohamed Merroun, Dr. Johannes Raff, Dr. Sonja Selenska-Pobell und der Biophysiker Dr. habil. Karim Fahmy entschlüsselten vor kurzem mit unterschiedlichen Methoden den Mechanismus, wo und wie das Bakterium Edelmetalle in seiner schützenden Proteinhülle bindet. So charakterisierte Karim Fahmy mit Hilfe von Infrarotlicht die Natur der chemischen Gruppen, die die Metall-Protein-Wechselwirkung so stabil machen. Aufgrund dieser Ergebnisse und der bereits vollständig von der Gruppe entschlüsselten Struktur des S-Layers gelang es Johannes Raff, die Bausteine der Proteinhülle, die an der Metallbindung beteiligt sind, zu bestimmen. Mohamed Merroun und Dr. Christoph Hennig, ein weiterer Kollege des Teams, klärten mit Hilfe von Röntgenlicht an der Rossendorf Beamline der Europäischen Synchrotronstrahlungsquelle (ESRF) in Grenoble/Frankreich die atomare Umgebung des Palladiums in der biologischen Matrix. Die Forschungsergebnisse wurden in der Augustausgabe der Fachzeitschrift Biophysical Journal veröffentlicht (http://www.biophysj.org/) in dem Artikel von Karim Fahmy, Mohamed Merroun, Katrin Pollmann, Johannes Raff, Olesya Savchuk, Christoph Hennig, Sonja Selenska-Pobell: "Secondary structure and Pd(II) coordination in S-layer proteins from Bacillus sphaericus studied by infrared and X-ray absorption spectroscopy". Wesentlich für den Erfolg dieser Arbeit war die zielgerichtete Integration sich ergänzender Forschungsmethoden von Biologie, Chemie, Physik und Spektroskopie. Insgesamt beschäftigen sich weltweit bisher nur wenige Forschergruppen mit den spezifischen Eigenschaften von bakteriellen S-Layern, einem neuen und vielversprechenden Forschungsfeld. Weitere Informationen: Dr. Sonja Selenska-Pobell, Dr. Johannes Raff, Dr. Katrin Pollmann Institut für Radiochemie Tel.: 03512602989 oder - 2951 oder - 2946 s.selenska-pobell@fz-rossendorf.de, j.raff@fz-rossendorf.de, k.pollmann@fz-rossendorf.de Dr. Karim Fahmy Institut für Strahlenphysik Die aktuelle Telefonnummer kann über die FZR-Pressestelle erfragt werden. Pressekontakt: Dr. Christine Bohnet - Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Forschungszentrum Rossendorf Tel.: 03512602450 oder 016096928856 Fax: 03512602700 c.bohnet@fz-rossendorf.de Postanschrift: Postfach 510119 ? 01314 Dresden Besucheranschrift: Bautzner Landstraße 128 ? 01328 Dresden Information: Das FZR erbringt wesentliche Beiträge auf den Gebieten der Grundlagenforschung sowie der anwendungsorientierten Forschung und Entwicklung zur o Aufklärung von Strukturen im nanoskaligen und subatomaren Bereich und der darauf beruhenden Eigenschaften der Materie, o frühzeitigen Erkennung und wirksamen Behandlung von Tumor- und Stoffwechselerkrankungen als den dominierenden Gesundheitsproblemen in der modernen Industriegesellschaft sowie o Verbesserung des Schutzes von Mensch und Umwelt vor technischen Risiken. Dazu werden 6 Großgeräte eingesetzt, die europaweit unikale Untersuchungsmöglichkeiten auch für auswärtige Nutzer bieten. Das FZR ist mit ca. 650 Mitarbeitern das größte Institut der Leibniz-Gemeinschaft (www.wgl.de) und verfügt über ein jährliches Budget von rund 54 Mill. Euro. Hinzu kommen etwa 7 Mill. Euro aus nationalen und europäischen Förderprojekten sowie aus Verträgen mit der Industrie. Zur Leibniz-Gemeinschaft gehören 84 außeruniversitäre Forschungsinstitute und Serviceeinrichtungen für die Forschung. Leibniz-Institute arbeiten interdisziplinär und verbinden Grundlagenforschung mit Anwendungsnähe. Jedes Leibniz-Institut hat eine Aufgabe von gesamtstaatlicher Bedeutung, weshalb sie von Bund und Länder gemeinsam gefördert werden. Die Leibniz-Institute haben ein Budget von über 1 Milliarde Euro und beschäftigen rund 13.000 Mitarbeiter (Stand 1.1.2006). Quelle: www.pressrelations.de |
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