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Grenzgänger zwischen Physik und Biologie: Adam Lange leitet eine neue Abteilung am FMP

10.07.2014 - (idw) Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP)

Der Biophysiker Adam Lange wechselt vom Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen an das Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie in Berlin (FMP), verbunden mit einer W3-S Professur für Struktur und Dynamik von Biomolekülen an der Humboldt-Universität zu Berlin. Sein bislang größter Erfolg ist die Erforschung einer Art Injektionsnadel, mit der Bakterien ihre Wirtszellen angreifen. Am FMP möchte er die Strukturaufklärung solch hochkomplexer Bioaggregate fortsetzen und mit der Suche nach möglichen Wirkstoffen beginnen. Wir freuen uns riesig, dass wir einen der Stars der Szene für unser Institut gewinnen konnten, sagt Kollege Hartmut Oschkinat, der am FMP wie Adam Lange mit Hilfe der noch relativ neuen Technik der Festkörper-NMR forscht. NMR steht für Nuclear magnetic resonance, auf Deutsch Kernspinresonanz. Diese Methode ist in den letzten zehn Jahren so weit entwickelt worden, dass man damit die Struktur komplexer Biomoleküle aufklären kann, und es lassen sich damit auch Strukturen untersuchen, die bislang unzugänglich waren. Um Aufbau und Form von Proteinen und damit auch ihre Funktionsweise bis ins atomare Detail aufzuklären, mussten sie bei den bisherigen Methoden entweder als Lösung oder als geordneter Kristall vorliegen große Aggregate oder Membranproteine schieden damit oft aus.
Ein solches Proteinaggregat ist auch die von Adam Lange erforschte Nadel des Typ 3 Sekretionssystems, mit der viele Bakterienarten wie zum Beispiel Salmonellen ihre Wirtszellen angreifen. Jede Bakterienart hat ihr eigenes raffiniertes Arsenal an Substanzen, mit denen sie in den Stoffwechsel des Wirts eingreift, doch das System für die Injektion dieser Substanzen ist in vielen Fällen das Gleiche", erklärt Adam Lange. Wie der Biophysiker zeigen konnte, lagern sich Hunderte von Proteinen in einem sich selbstorganisierenden Prozess aneinander, so dass eine lange Nadel von nur zwei Nanometer Durchmesser entsteht. Könnte man einen Wirkstoff finden, der die Injektionsnadeln der Bakterien verstopft, wäre das sicher sehr interessant für die medizinische Forschung, sagt Lange. Am FMP wird Adam Lange seine Strukturaufklärung mit einer systematischen Wirkstoffforschung verbinden können. Das Institut verfügt über eine Screening-Unit, in der Roboter in kürzester Zeit viele chemische Substanzen auf eine bestimmte Wirkung hin testen können.
Zudem wird der 37-Jährige die Strukturaufklärung großer Proteinkomplexe weiter vorantreiben. Das FMP war mir natürlich schon lange bekannt, es ist ja berühmt für seine Forschung mittels NMR. Die Ausstattung ist hier wirklich sehr gut, es handelt sich hier um einen der besten Standorte Europas, wenn nicht gar weltweit, sagt Lange. Die Festkörper-NMR beruht auf der Eigenschaft mancher Atomkerne, in einem starken äußeren Magnetfeld selbst zu kleinen Magneten zu werden. Sie lassen sich dann mit Radiowellen anregen, und zwar je nach chemischer Umgebung bei unterschiedlichen Wellenlängen. Auf diese Weise kann man durch komplizierte Rechenverfahren schließlich die Lage der Atome innerhalb von Molekülen ermitteln. Um das notwendige Magnetfeld zu erzeugen, gibt es am FMP riesige Spulen, in denen kilometerlange dünne Fäden aus speziellen Metalllegierungen aufgedreht und werden und die mit flüssigem Stickstoff und Helium bis knapp über den absoluten Nullpunkt gekühlt werden. Bei dieser Temperatur entfalten sie ihre supraleitenden Fähigkeiten: Einmal aufgeladen, fließt in den geschlossenen Spulen ein reibungsloser, unendlicher Strom und erzeugt ein Magnetfeld, das bis zu 500.000-mal so stark wie das irdische sein kann. Das Besondere an der Festkörper-NMR besteht darin, dass die Probe in diesem Magnetfeld sehr schnell rotiert werden muss, um die Bewegungen gelöster Moleküle zu simulieren.

In Adam Langes Arbeitsgruppe arbeiten Physiker, Chemiker und Biologen eng zusammen. Ich habe mich schon immer für die Grenzgebiete interessiert, sagt der Physiker, den biologische Fragestellungen mehr faszinieren als reine Physik. Die Biologie möchte er dabei sehr analytisch mit den Methoden der Physik angehen: Als Physiker ist man dafür geschult, ein Problem auf den Kern zu reduzieren.
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