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October 21st, 2007

Struktur-Chemiker mit Leucht-Kraft

Menschen der Chemie: Karl Zojer im Gespräch mit Frank Kubel, dem Leiter des Fachbereiches Strukturchemie am Institut für Chemische Technologien und Analytik an der TU Wien. Struktur-Chemiker mit Leucht-Kraft <% image name="kubel" %><p> <small> Frank Kubel: Bringt Kristalle zum Leuchten und kann sich einen Europaschwerpunkt Energieforschung in Österreich gut vorstellen. </small> <i>Sie sind vor neun Jahren von Genf nach Wien berufen worden. Der Bereich Strukturchemie hat unter Ihrer Führung eine Imagekorrektur vollzogen – was haben Sie verändert?</i> Hinter mir liegt eine spannende Zeit, die durch den Aufbau einer "Leuchtstoffgruppe", aber auch durch starke Veränderungen in der Universitätspolitik geprägt wurde. Mein erstes Ziel war es, junge Menschen von meiner Leidenschaft zur Chemie zu überzeugen und sie in die Ausbildung und die wissenschaftliche Forschung einzubinden. Das habe ich erreicht, inzwischen kommen sogar Schüler als gern gesehene Forschungsgäste zu uns. Es ist wesentlich, die Begeisterung für Naturwissenschaft und Technik möglichst früh zu wecken; nur dann werden wir ausreichend Nachwuchs an Studierenden – und damit auch an ausgebildeten Fachkräften – bekommen. <% image name="kubel_einkristallen2" %><p> <small> Dotierte Kristalle können via UV-Licht zu intensivem Leuchten angeregt werden – als Leuchtstoffe der nächsten Generation sind sie Glühlampen meilenweit überlegen. </small> <i>Als Fachkraft der Strukturchemie – womit haben Sie hier zu tun?</i> Die Strukturchemie ist per Definition ein Teilbereich der Physikalischen Chemie mit Schwerpunkt auf der Strukturbildung in Molekülen und Festkörpern. Wir fügen durch unsere spezielle Forschung an dotierten Kristallen und festen Lösungen, die durch UV-Licht zum intensiven Leuchten angeregt werden, einen Technologieaspekt hinzu. Als Bereich ist die Strukturchemie im Institut für Chemische Technologien und Analytik eingebettet. Durch die Zusammenführung ehemals kleiner Forschungseinheiten ist nun eine viel bessere Ausnützung von Ressourcen möglich: Alle Festkörpersynthesen bei 1.000 bis 1.500 °C können vor Ort durchgeführt werden und das Ergebnis der Synthese kann im darauffolgenden Schritt in atomarer Auflösung analysiert werden. Darin liegt die Stärke eines interdisziplinären Bereiches. Aus dieser Vielseitigkeit ergibt sich auch die Motivation für meine Arbeit: Ich versuche, die Mechanismen der Umwandlung von UV-Licht in sichtbares Licht zu verstehen. Ähnlich wie ein farbloser Korundkristall durch den Einbau von wenig Chrom zum roten Rubin wird, oder durch Einbau von wenig Eisen und Titan zum blauen Saphir mutiert, zeigen unsere Kristalle durch Einbau von wenig Europium (einem Seltenerdelement) intensive Leuchteigenschaften, je nachdem in welchen Kristall sie eingebaut werden. <% image name="kubel_einkristallen3" %><p> <i>Sie haben gerade bei der Erforschung von Leuchtmitteln einen beachtlichen Erfolg erzielt. Wo sind Sie dran?</i> Als Forscher bin ich eingebunden in nahezu alle Bereiche der Chemie – der theoretischen Chemie, der Synthesechemie, der analytischen Chemie und der angewandten technologisch orientierten Chemie. In der Grundlagenforschung suchen wir unbekannte Verbindungen als Wirtgitter für Leuchtelemente. Die Idee, Fluoride in die Leuchtstoffforschung einzuführen, hat sich als Erfolgsmodell herausgestellt, denn wir haben zusammen mit den Genfer Kollegen einen sehr hellen, weißen Leuchtstoff aus einer reinen Verbindung mit nur einem Leuchtelement hergestellt. In der Angewandten Forschung stellen wir Verbindungen und Gemische gezielt als Leuchtstoffe für die nächste Generation an Leuchtmitteln, also Leucht- oder UV-Dioden bzw. quecksilberfreie Leuchtröhren, her. Dabei spielen eben Energieeffizienz und Umweltaspekte eine entscheidende Rolle. Es bedarf dabei der präzisen Kenntnis der Kristallstruktur ebenso wie der Intuition des Chemikers, welches Leuchtelement in welcher Menge (meist weniger als 1 %) chemisch eingebaut werden muss, um als Pulver ein im UV-Licht hell leuchtendes Material herzustellen. Wenn dann eine Verbindung ihren Weg in die technische Anwendung findet – und das haben wir nun erreicht – dann ist einem der Durchbruch gelungen. <% image name="kubel_einkristallen4" %><p> <i>Die EU hat kürzlich bei den Glühlampen eine neue Richtlinie herausgegeben. Beflügelt das Ihre Arbeit?</i> Licht ist gleich Zivilisation, wir wollen auf Licht nicht verzichten. Bei einer Energieeffizienz von 5 % Licht und 95 % Wärme gehen traditionelle Glühbirnen nicht gerade sparsam mit der Energie um. Eine mit modernen Leuchtstoffen durchgeführte effiziente Beleuchtung kann den Stromverbrauch weltweit um 10 % drosseln. Die Politik hat dieses Thema nun aufgegriffen und sorgt vernünftigerweise dafür, dass "Energiefresser" weltweit vom Markt verschwinden. Unsere Forschung hat im engen Sinne mit dem verantwortungsvollen Umgang mit Energieressourcen zu tun und daher hat die Industrie bereits mehrere Forschungsprojekte gefördert. Die meiste Unterstützung kam bisher aus der Schweiz, derzeit bemühe ich mich um Forschungsförderung in Österreich. Neue Richtlinien machen allerdings nur dann Sinn, wenn naturwissenschaftliche Forschung mit dem Ziel der Energieoptimierung gefördert wird. Der Grenzbereich "Energieforschung", der meinem Verständnis nach zukünftig vor allem eine Energiesparforschung sein sollte, wird weder zur Grundlagenforschung noch zur reinen angewandten Forschung gerechnet. Verantwortung und Finanzierung dafür wird also weder von der Industrie noch von der Politik übernommen. Ein konkretes Bekenntnis zur Energiesparforschung wäre wohl der nächstfolgende Schritt für die EU. <% image name="kubel_einkristallen5" %><p> <i>Ihr Institut ist im Fachbereich Chemie ein gesuchter Kooperationspartner. Wo liegen die Schwerpunkte in der Zusammenarbeit mit anderen Institutionen?</i> Die Naturwissenschaft und angewandte Forschung benötigt genaues Wissen über atomare Strukturen, um Eigenschaften zu verstehen und zu verbessern. Daher tragen wir unsere Kenntnisse auch in andere Institute und kleinere Firmen hinein, die diesen Service nicht von sich aus haben. Dort bieten wir dann die Analyse von Röntgenfeinstrukturen und Pulverproben an und haben dabei Kontakt mit der Pharmazeutischen Großindustrie bis zu Mittelständischen Betrieben. <% image name="kubel_einkristallen" %><p> <i>Wie sehen Sie Ihre Forschungen im internationalen Konnex?</i> Untersuchung von Leuchtstoffen wird zur Zeit hauptsächlich im asiatischen Raum betrieben, da dort die dazu nötige Zahl an Forschern und vor allem der politische Wille zur Energiesparforschung steht. In Österreich kann man nur mit ausgezeichneter Grundlagenforschung konkurrieren. Einen Europaschwerpunkt "Energieforschung" könnte ich mir in unserem Land gut vorstellen. Die dazu ausgebildeten Forscher und immer mehr hochmotivierte junge Leute sind vorhanden. <i>Sie haben als Ordinarius schon einige Änderungen im universitären Bereich mitgemacht. Wie kommen Sie damit zu Rande?</i> Die neuen Gesetze und Regelungen entlasten von der Verwaltungsarbeit, aber um mitzugestalten, muss man jetzt andere Wege gehen. Dabei spielt ein gutes Arbeitsklima in der Fakultät für Technische Chemie und eine hervorragende Gesprächsbasis zu unserem sehr engagierten und dynamischen Dekan – seit 2004 hat sich vieles in die richtige Richtung bewegt, – eine große Rolle. Die Autonomie der Universitäten in Österreich ist allerdings noch nicht ganz so weitgehend, wie es wünschenswert wäre. Wesentliche Entscheidungen, wie der dringend notwendige Bau eines neuen Gebäudes für die Chemie, des sogenannten Lehartraktes, werden nach wie vor primär an anderer Stelle entschieden, nicht an der Universität. <i>Ihr Institut hat einen Modernisierungsschub angekündigt. Wo wird investiert?</i> Wir haben unsere Analysegräte mit Hilfe des Instituts auf den neuesten Stand bringen können und erwarten mit Ungeduld ein Einkristalldiffraktometer, das als Beispiel für institutsübergreifende Aktionen – auf Initiative des Instituts für Materialchemie aus Mitteln der Universität – angeschafft und bei uns betrieben wird. Damit wären wir wieder auf einem zeitgemäßen Stand der Forschung angelangt.

Wie aus einzelnen Zellen ein Organismus wird

Krebs- und Schmerzforschung, schlaflose Zebrafische, Biomoleküle im Weltraum, Computersimulationen, Nanopartikel – molekulare Biowissenschaften sind am <a href=http://www.uibk.ac.at/forschung/zentren/cmbi.html>CMBI</a> der Leopold-Franzens-Uni Innsbruck vielfältig vertreten. Dies wurde Ende September deutlich, als sich das CMBI zum viertenmal mit einer Tagung der Öffentlichkeit vorstellte. Carola Hanisch berichtet über 2 der spannendsten Vorträge. <hr><big> Mensch und Seeanemone haben mehr gemeinsam<br>als es scheint </big><p><p> Einer der faszinierendsten Vorgänge des Lebens ist die Gestaltbildung: Zellen organisieren sich selbständig zu Geweben, Organen und letztlich zu hochkomplexen Organismen. Sie alle haben denselben genetischen Grundbauplan, und doch weiß jede einzelne, welche Aufgabe ihr zukommt und was die anderen tun. Wie dieses Zusammenspiel funktioniert, will Thomas Holstein von der Uni Heidelberg an Polypen und Seeanemonen herausfinden. Ihn interessieren die Gene und Moleküle, welche die Vermehrung und Regeneration dieser Nesseltiere dirigieren. <% image name="Nematostella" %><p> <small> Die Signalwege der Seeanemone Nematosella finden sich auch in höheren Organismen wieder. </small><p> Dabei blickt er quasi zurück in die Frühzeit der Evolution, denn Nesseltiere bevölkern die Erde bereits seit rund 650 Mio Jahren. Sie gehören zu den ältesten heute noch lebenden vielzelligen Tieren. Wenn also heutzutage ein Polyp heranwächst, laufen vermutlich ganz ähnliche Vorgänge ab wie damals, als sich zum erstenmal in der Geschichte des Lebens einzelne Zellen zu einem Organismus zusammentaten. Auf das ihnen innewohnende Gestaltbildungs-Programm können die Tiere ein Leben lang zurückgreifen: Verlorengegangene Körperteile bilden sich problemlos neu. Schneidet man dem Polypen Hydra den mit Nesselfäden bestückten Kopf ab, so wächst dieser umgehend nach, wenn auch nicht in doppelter Ausführung wie bei dem gleichnamigen Seeungeheuer der Antike. Man kann den Polypen sogar in 100 Teile schneiden und aus jedem entsteht ein neues Tier. <b>Gleiche Signalwege.</b> Im Jahr 2000 machte Bert Hobmayer, der damals in Holsteins Gruppe arbeitete und heute an der Uni Innsbruck ist, eine entscheidende Entdeckung. Er fand heraus, dass es den vom Menschen bekannten Wnt-Signalweg (gesprochen „wint“) auch beim Polypen Hydra gibt. Ein Signalweg ist eine Art Kettenmechanismus, der über sich gegenseitig aktivierende Moleküle Informationen weiterleitet. Beim Menschen trägt der Wnt-Signalweg zur Gestaltbildung des Embryos bei. Hobmayer entdeckte damals, dass der Signalweg bei Hydra eine ganz ähnliche Aufgabe erfüllt. Das bedeutet, dass es sich um einen uralten Steuermechanismus handelt, der vom Nesseltier bis zum Menschen erhalten geblieben ist. Holstein und seine Mitarbeiter, damals noch in Darmstadt, machten sich im Erbgut der Nesseltiere auf die Suche nach weiteren Wnt-Genen. Der Mensch besitzt insgesamt 12, Insekten und Würmer haben deutlich weniger. Für die „lebenden Fossilien“ wäre ein Minimal-Satz an Wnt-Genen angemessen erschienen. Doch die Wissenschaftler machten 12 Wnt-Gene ausfindig, nicht nur genauso viele, sondern auch fast dieselben wie beim Menschen. Der Stammbaum der Wnt-Gene hat sich demnach im Laufe der Evolution nicht zunehmend verästelt. Vielmehr gehörte der heute beim Menschen vorhandene Satz an Wnt-Genen gewissermaßen von Anfang an zur Grundausstattung vielzelliger Tiere. Vielleicht war er sogar nötig, um den wichtigen Meilenstein in der Geschichte des Lebens vom Einzeller zum Organismus überhaupt erst zu ermöglichen. Warum später einige Tiere auf Teile dieses Basis-Sets verzichten konnten, bleibt vorerst unklar. Doch damit nicht genug der Gemeinsamkeiten zwischen Mensch und Nesseltier: Wie Holstein am CMBI-Meeting berichtete, sind mittlerweile zahlreiche weitere wichtige Signalwege höherer Organismen auch bei Polypen und Seeanemonen gefunden worden. In allerjüngster Zeit ist die Sequenzierung ihrer Genome nahezu abgeschlossen. Das Ergebnis bestätigt den Trend: Nesseltiere haben fast dieselbe Anzahl von Genen wie der Mensch, und mehr als die beliebten Modelltiere Fadenwurm und Fliege. Daher lässt sich die im Laufe der Evolution zunehmende Komplexität der Lebewesen nicht, so glaubt Holstein, mit einer Vergrößerung des Erbguts erklären. Sie muss eine andere Ursache haben, möglicherweise die immer ausgefeilteren Regulationsmechanismen der Gene. Für die angewandte Forschung sind all diese Erkenntnisse von großer Wichtigkeit. So ist der Wnt-Signalweg, wenn er außer Kontrolle gerät, an der Krebsentstehung beteiligt. Seine Erforschung hat daher hohe Priorität. Polypen und Seeanemonen sind zudem als Modelltiere für die Gestaltbildung interessant, da sie über dieselben Gene und Signalwege verfügen wie der Mensch. Interessant ist vor allem jenen Vorgang zu erforschen, den die Nesseltiere meisterhaft beherrschen: die Regeneration. Vielleicht lassen sich daraus auch Erkenntnisse für Heilungsprozesse beim Menschen gewinnen. <hr><big> Antibiotika-Target unter die Lupe genommen </big><p><p> Bakterien sind – wie alle Zellen – hochkomplexe Fabriken für die verschiedensten Biomoleküle. Sie benutzen ausgefeilte Rückkoppelungsmechanismen, um ihre Produktionsmaschinerie jederzeit an den aktuellen Bedarf anzupassen. Ein erst kürzlich entdecktes Steuerprinzip bedient sich so genannter Riboschalter. Sie sind gleichzeitig Sensoren und Schalter, weil sie das Vorhandensein eines Biomoleküls aufspüren und seine Herstellung steigern oder drosseln können. Die Funktionsweise ist verblüffend einfach: Der Riboschalter sitzt am Ende einer Boten-RNA, welche die Anweisung zum Zusammensetzen eines Biomoleküls transportiert. Er verfügt über eine Bindungsstelle für eben jenes Biomolekül. Bekommt er eines zu fassen, faltet er sich blitzschnell um. Diese Strukturänderung der RNA verhindert, dass die auf ihr gespeicherte Bauanleitung weitergegeben wird. <b>Stopptaste für Biomoleküle.</b> Riboschalter gelten als interessante Ziele der Antibiotikaforschung. Die Strategie ist naheliegend: Man versucht ein Molekül zu designen, das statt des eigentlichen Liganden an den Riboschalter bindet. Somit wird dem Bakterium vorgegaukelt, es habe bereits eine ausreichende Menge des Liganden hergestellt, und es stellt die weitere Produktion ein. Wenn dieses Molekül aber für das Bakterium lebenswichtig ist, geht es an dem Mangel zugrunde. Dass diese Strategie prinzipiell erfolgreich sein kann, zeigt das Beispiel des seit Jahrzehnten bekannten antimikrobiellen Wirkstoffs Pyrithiamin. Wie erst kürzlich entdeckt wurde, blockiert er den Thiaminpyrophophat(TPP)-Riboschalter. TPP ist die biologisch aktive Form des Vitamins B1 und als Coenzym an vielen wichtigen Stoffwechselprozessen beteiligt. Der TPP-Riboschalter kommt in zahlreichen Bakterien und Pilzen vor, darunter auch Krankheitserreger. Um derartige Wirkstoffe in Zukunft maßschneidern zu können, ist es wichtig, den Umfaltungsprozess der Riboschalter-RNA genau zu verstehen. Das Problem ist, dass die Kristallstruktur der Riboschalter bisher nur im „Endzustand“ bekannt ist, wenn der Ligand bereits fest angekoppelt ist. Der Ausgangszustand lässt sich nicht kristallisieren – wahrscheinlich ist er zu beweglich. Kathrin Lang vom Institut für Organische Chemie der Universität Innsbruck hat nun eine indirekte Methode angewandt, um die Strukturänderung herzuleiten. Anhand der bekannten Kristallstruktur des gebundenen Schalters suchte sie sich Nukleotide heraus, die sich möglichst störungsfrei ersetzen lassen. Dann stellte sie in einem sehr zeitaufwändigen Verfahren künstliche RNA-Schalter her, die genau an den vorgegebenen Stellen ein fluoreszierendes 2-Aminopurin trugen. Die Fluoreszenz dieser Sonden ändert sich in Abhängigkeit von ihrer unmittelbaren Umgebung. Man kann daher die Bewegung einzelner Nukleotide beim Umschalten mitverfolgen und ihre Geschwindigkeit bestimmen. Kathrin Lang hat dieses Verfahren an verschiedenen Stellen des Riboschalters angewandt und konnte aus der Gesamtheit der Daten ein Faltungsmodell entwickeln. Danach wirkt TPP wie eine rasch zuschnappende Klammer, die zwei Enden des Riboschalters zusammenzwingt. Diese plötzliche Nähe wiederum ermöglicht weitere, langsamere Verknüpfungen der Schalter-Teilstrukturen. Nun gilt es Moleküle zu finden, die gewissermaßen eine Dauerklammer bilden und dadurch antibiotische Wirkung zeigen. <small> K. Lang, R. Rieder, R. Micura; 'Ligand-induced folding of the thiM TPP riboswitch investigated by a structure-based fluorescence spectroscopic approach'; Nucl. Acids Res. 2007, 35, 5370-5378. </small> Wie aus einzelnen Zellen ein Organismus wird

October 19th

<small>Miesmuschel als Vorbild:</small><br> Bionischer Feuchtkleber für Zahnimplantate

Die Miesmuschel macht es mit ihrer Haftbeständigkeit im Meerwasser vor: Ein bionischer Feuchtkleber könnte für bessere Haftung von Zahnimplantaten sorgen. Mit dieser Idee gewann die Klinik für Mund-, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie (<a href=http://www.klinik.uni-frankfurt.de >MKG</a>) des Klinikums der J. W. Goethe-Uni Frankfurt gemeinsam mit anderen Projekten den Innovationspreis Medizintechnik 2007. <small>Miesmuschel als Vorbild:</small><br> Bionischer Feuchtkleber für Zahnimplantate <% image name="Miesmuschel" %><p> <small> Vorbild für die Medizin: Miesmuschel mit Klebefäden. © IFAM </small> Ziel des von Robert Sader an der MKG-Klinik geleiteten Forschungsvorhabens ist es, einen neuartigen Feuchtklebstoff zu entwickeln, der hauptsächlich aus den Klebeproteinen der Miesmuschel Mytilus edulis und synthetischen Trägermaterialien (Polymeren) besteht. An dem Projekt sind zudem das Bremer <a href=http://www.ifam.fraunhofer.de>IFAM</a> und das <a href=http://www.technologiezentren-bremen.de>BitZ</a>, die TU Darmstadt sowie der Freiburger Implantate-Herstellers <a href=http://www.straumann.de>Straumann</a> beteiligt. Die von Miesmuscheln aus einer Drüse ausgeschiedenen Proteine sind vielen technischen Klebern überlegen. Sie härten im (Salz-)Wasser und sind dort lange beständig, besitzen eine hohe Festigkeit und sind elastisch. Gleichzeitig haften sie auf so verschiedenen Untergründen wie Glas, Holz, Knochen oder Teflon. Den IFAM-Chemikern ist es gelungen, solche Proteine synthetisch herzustellen. Die Frankfurter MKG-Klinik wird mit ihren Partnern testen, inwiefern sich die Eigenschaften des bionischen Feuchtklebers für die Zahnfleischbefestigung dentaler Titanimplantate eignen. Dafür werden sie die Biokompatibilität der Klebstoffe in vitro prüfen und immunologische Untersuchungen einschließlich der Gefäßneubildung um den implantären Bereich herum vornehmen. Der Einsatz des Muschelklebers wird nach Ansicht von Sader aber nicht auf die Zahnmedizin beschränkt bleiben: "Wenn das so funktioniert, wie wir es uns vorstellen, könnte man künftig etwa eine Herzklappe einkleben anstatt sie einzunähen."

Wie Bakterien bei Pflanzen als "Trojaner" funktionieren

Pflanzentumore verursachende Bakterien modifizieren das Pflanzengenom unter geschickter Ausnutzung erster Verteidigungsmaßnahmen der Pflanze. Dabei werden bakterielle Gene via Pflanzen-Proteine in den Zellkern und anschließend in das Pflanzengenom eingeschleust, um dort den Stoffwechsel umzuprogrammieren. Dieser Vorgang wurde nun im Rahmen eines FWF-Projekts in Wien entdeckt. Wie Bakterien bei Pflanzen als "Trojaner" funktionieren <% image name="Protein_VIP1" %><p> <small> Das pflanzliche Protein VIP1 wird zur Abwehr von Pathogenen in den Zellkern transportiert. Genau diesen Transport nutzt das Agrobakterium zur Einschleusung seiner T-DNA ins Pflanzengenom. © Hirt </small> Nicht geklärt war bisher der genaue Vorgang, wie die Bakteriengene in den Zellkern transportiert werden - zumal die Verteidigungsmaschinerie der Pflanzenzelle bereits sehr rasch nach der bakteriellen Invasion anläuft. Ein überraschendes Detail dieses Vorgangs hat nun Heribert Hirt und sein Team an den Max F. Perutz Laboratories der Uni Wien und dem URGV Plant Genomics Institute bei Paris, an welchem Hirt als künftiger Direktor seit kurzem auch tätig ist, entdeckt. Die zentrale Rolle spielt dabei das als <b>VIP1</b> bezeichnete Protein der Pflanzenzelle. Über dieses Protein war zwar bekannt, dass es den Transport der als T-DNA bezeichneten bakteriellen DNA in den Zellkern der Pflanzenzelle unterstützt, doch blieb die genaue Funktion von VIP1 ungeklärt. Dazu Hirt: "Wir konnten zeigen, dass VIP1 ein Protein ist, das verschiedene Gene zur Abwehr der bakteriellen Invasion reguliert. VIP1 kommt allerdings zunächst nur im Zytoplasma der Zelle vor und muss zur Erfüllung seiner Regulierungsfunktion in den pflanzlichen Zellkern gelangen. Genau diesen Transport von VIP1 benutzt das Bakterium, um seine T-DNA mit in den Zellkern einzuschleusen." Diese Strategie, bei der die Verteidigung der Pflanze unabwendbar zum eigenen Untergang beiträgt, wird von Hirt mit der des Trojanischen Pferdes verglichen. Pflanzen verfügen über eine Immunabwehr, die nach dem Erkennen bestimmter Moleküle der Eindringlinge gestartet wird und auf der Aktivierung von Genen im Zellkern beruht. Nach der Erkennung des Eindringlings werden bestimmte Proteinkinasen im Zytoplasma aktiviert, also Enzyme, die durch das Anhängen von Phosphatgruppen die Aktivität anderer Proteine regulieren. Eines der Proteine, das von diesen Proteinkinasen phosphoryliert wird, ist das VIP1, dem erst nach dessen Phosphorylierung Zugang in den Zellkern gewährt wird, um dort die entsprechenden Abwehrgene einzuschalten. Für die frühen Vorgänge in einer infizierten Pflanzenzelle zeichnet sich also folgendes Modell ab: Das Eindringen der T-DNA und das Erkennen des Bakteriums als Eindringling erfolgt zeitgleich. Während VIP1 im Zytoplasma von den Proteinkinasen phosphoryliert wird, haftet sich die bakterielle T-DNA an VIP1 und kann in der Folge unerkannt mit in den Zellkern eingeschleust werden. Es erfolgt somit das gemeinsame Eindringen von Freund und Feind. Einmal im Zellkern, wird die T-DNA abgelesen und es beginnt der Prozess der Tumorbildung - gleichzeitig wird die Verteidigung der Pflanzenzelle durch die Aktivierung der Abwehrgene aufgebaut. Zu spät jedoch: die Zelle ist bereits transformiert. <small> Originalpublikation: Trojan horse strategy in Agrobacterium transformation - Abusing MAPK-targeted VIP1 defence signalling Armin Djamei, Andrea Pitzschke, Hirofumi Nakagami, Iva Rajh, Heribert Hirt, Science 318, 453 (2007). </small>

Stuttgarter analysieren Rohr-Detonationen

Wissenschaftler der Materialprüfungsanstalt der <a href=http://www.uni-stuttgart.de>Uni Stuttgart</a> um Eberhard Roos analysieren Detonationen in Rohrleitungen. Der dabei verwendete Versuchsaufbau führt zu sehr hohen Energieaufkommen und liefert Ergebnisse, die bisher kaum zu erhalten waren. Stuttgarter analysieren Rohr-Detonationen <% image name="Detonation" %><p> <small> Rohr vor dem Versuch im 32 m tiefen, unterirdischen Prüfschacht. © Uni Stuttgart </small> Bei Siedewasserreaktoren und in chemischen Anlagen ist es theoretisch möglich, dass sich in Rohrleitungen ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch (Knallgas) bildet, das sich entzünden und zur Detonation im Rohr führen kann. Die Forscher führen deshalb experimentelle und numerische Untersuchungen zum Rohrleitungsverhalten durch, in dem sie Situationen simulieren, bei denen sich in Rohrleitungen vorhandene Wasserstoff-Sauerstoff-Ansammlungen entzünden. <% image name="Detonation2" %><p> <small> Zerborstenes Rohr nach einer gezielten Knallgasdetonation. </small> Als Versuchsmaterial verwenden sie dünnwandige Geradrohre mit einer Weite von 100 mm mit und ohne eingeschweißte Rohrkrümmer und bringen das Gemisch im stöchiometrischen Verhältnis von rund 66 Vol% Wasserstoff und 34 Vol% Sauerstoff mit einem Fülldruck von 70 bar in die Rohre ein. Bei den Versuchen wird zusätzlich Stickstoff in Anteilen zwischen 0 und 60 % eingesetzt, so dass nach gezielter Zündung unterschiedlich starke Gasreaktionen realisiert werden. Je niedriger der Stickstoffanteil, desto mehr Energie wird freigesetzt. Dabei entstehen Druckspitzen von bis zu 1.500 bar, die sich mit rund 3.000 m/sek im Rohr ausbreiten. Zu derartig hochdynamischen Rohrleitungsbelastungen gibt es bisher noch kaum Versuchsergebnisse. Im Gegensatz zu den weitläufig angewandten quasistatischen Berstversuchen können bei diesen Beanspruchungen Mehrfachlängsriss- und -bruchbildungen bis hin zu Splitterbrüchen auftreten. Eine moderne High Speed-Kamera filmt die Abläufe mit bis zu 100.000 Bildern/sek. Die Ergebnisse der aufwändigen Versuche dienen auch der Verifikation numerischer Berechnungen zur Beschreibung des Materialverhaltens bei derartig hochdynamischen Beanspruchungen und fließen in die Entwicklung von Werkstoffgesetzen mit ein.

October 18th

Malaria: Bill & Melinda Gates fordern neues Engagement

Bill und Melinda Gates riefen dazu auf, sich "ein kühnes Ziel - den Tag zu erreichen, an dem kein Mensch mehr Malaria hat und keine Mücke auf der Erde den Erreger mehr beherbergt" zu setzen. Die US-Präsidentschaftskandidaten wurden zur Beibehaltung und Erweiterung der Malariainitiative des US-Präsidenten aufgefordert. <% image name="Gates_Foundation" %><p> "Fortschritte in der Wissenschaft und das wachsende Interesse von Menschen überall auf der Welt bieten eine historische Chance, Malaria nicht nur zu behandeln oder zu kontrollieren - sondern auch eine langfristige Strategie zur Ausrottung dieser Krankheit festzulegen", so Melinda Gates. Bill Gates sagte, dass "<b>ein Andrang neuer Akteure</b>" - darunter etwa der Global Fund to Fight AIDS, Tuberculosis, and Malaria, das Malaria Booster Program der Weltbank und die Malariainitiative des US-Präsidenten - neue Energien und Ressourcen für die weltweiten Anstrengungen zur Malariakontrolle beisteuert. Zusammen genommen haben diese Initiativen <b>3,6 Mrd $ zur Malariakontrolle</b> zur Verfügung gestellt und werden mehr als 70 Länder erreichen. Gates lobte auch die afrikanischen Länder, die aggressive, umfassende Programme zur Malariakontrolle durchgeführt haben. Insbesondere äußerte er sich anerkennend über das Malariaprogramm von Sambia, als einem "inspirierenden Beispiel einer landesweit koordinierten Anstrengung." Ein <u>neuer UNICEF-Bericht</u> dokumentiert den Fortschritt der Bemühungen um eine Kontrolle der Malaria: &#8226; Die jährliche Versorgung mit insektizidbehandelten Bettnetzen zur Malariaprävention wurde in den letzten Jahren mehr als verdoppelt, von 30 Mio Netzen im Jahr 2004 auf 63 Mio Netze in Jahr 2006. &#8226; Die globale Beschaffung von Artemisinin-Kombitherapien, die die effektivste Form der Malariabehandlung darstellen, stieg von 3 Mio Dosen 2003 auf 100 Mio in Jahr 2006. Als Beitrag zur Weiterführung dieses Fortschritts riefen Herr und Frau Gates die US-Präsidentschaftskandidaten dazu auf, sich zur Unterstützung der Malariainitiative des Präsidenten zu verpflichten, einem von Präsident Bush 2005 begonnenen Programm in Höhe von 1,2 Mrd $. Bill Gates sagte: "Malaria wird ohne die volle Unterstützung des Präsidenten der USA niemals ausgerottet werden." Bill Gates nannte die "außergewöhnliche Breite der laufenden Forschung zu Medikamenten, Impfungen und anderen Kontrollwerkzeugen" als einen weiteren Grund für den neuen Optimismus im Kampf gegen Malaria. Als Beispiele für wissenschaftliche Fortschritte, die in jüngster Zeit durch von der Gates-Stiftung geförderte Projekte erzielt wurden, seien nachfolgend aufgeführt: &#8226; <u>Impfstoffe</u>: Neue Studienergebnisse von der PATH Malaria Vaccine Initiative zeigen, dass der experimentelle Malariaimpfstoff RTS,S sicher ist und möglicherweise das Risiko einer Malariainfektion bei Säuglingen signifikant senken kann. In der Studie an 200 Säuglingen senkte der Impfstoff die Rate der Neuinfektionen um 65 % über einen Zeitraum von dreieinhalb Monaten. Eine groß angelegte Phase-III-Studie zu dem Impfstoff wird im nächsten Jahr in 10 afrikanischen Studienzentren durchgeführt werden. &#8226; <u>Medikamente</u>: Das Medicines for Malaria Venture, das zurzeit nach Behandlungsmöglichkeiten forscht, mit denen Resistenzen gegenüber vorhandenen Medikamenten überwunden werden können, hat das größte Portfolio an Malariamedikamenten in der Geschichte entwickelt und erwartet für 2008 die aufsichtsbehördliche Zulassung einer verbesserten Behandlung für Kinder. &#8226; <u>Mückenkontrolle</u>: Das Innovative Vector Control Consortium entwickelt zurzeit neue und verbesserte Insektizide zur Kontrolle der malariaübertragenden Mücken. Neue Impfstoffe, Medikamente und Insektizide werden dabei helfen, "den Übertragungszyklus zu durchbrechen und die Krankheit auszurotten", so Melinda Gates. "Sowohl die Privatindustrie als auch die öffentlichen Forschungseinrichtungen müssen auch weiterhin in neue Werkzeuge investieren, damit eine Ausrottung der Malaria möglich wird." <small> <b>Jedes Jahr</b> sterben mehr als 1 Mio Menschen an Malaria, die meisten davon sind Kinder. Eine Kampagne zur Ausrottung der Malaria in den 1950er und 1960er Jahren scheiterte wegen des Rückgangs der Gebermittel und der zunehmenden Resistenzen gegen Medikamente und Pestizide. Seitdem lag der Schwerpunkt von Malariaprogrammen auf der Senkung, nicht der Beseitigung der durch Malaria verursachten Probleme. </small> Malaria: Bill & Melinda Gates fordern neues Engagement

Calomat 62: Neues Messgerät für korrosive Gase

Die Konzentration von Wasserstoff und Edelgasen in korrosiven Gasen ermittelt das neue Gasanalysengerät <a href=http://www.siemens.com/calomat>Calomat 62</a> von Siemens A&D. Es misst Gaskomponenten wie H<small>2</small>, N<small>2</small>, Cl<small>2</small>, HCl oder NH<small>3</small> in binären oder quasi-binären Gemischen. <% image name="Siemens_Calomat" %><p> Damit eignet sich das Gerät etwa für Messaufgaben in der Chlor-Alkali-Elektrolyse, Stahlbearbeitung- und -herstellung, Ammoniaksynthese und Kunstdüngerherstellung sowie für LNG-Anlagen. Calomat 62 ergänzt das bereits verfügbare Calomat 6, das Pendant zur Messung in nicht-korrosiven Gasen. Calomat 6 und 62 gibt es sowohl im kompakten 19-Zoll-Gehäuse als auch im spülbaren IP65-Feldgehäuse mit gasdichter Trennung des Elektronik- und des Analysierteils. Beide Geräte bieten die interne und externe Korrektur von Einflüssen durch Quergase. Zur schnellen und einfachen Wartung kommunizieren die Geräte über TCP/IP-Ethernet mit dem Softwaretool Siprom GA. Die Profibus-DP- oder Profibus-PA-Schnittstellen ermöglichen durchgängige Automatisierungslösungen. Calomat 62: Neues Messgerät für korrosive Gase

2006/07: Hirsch Servo steigert Umsatz um 52 %

Im Geschäftsjahr 2006/07 konnte die auf EPS-Produkte spezialisierte <a href=http://www.hirsch-gruppe.com>Hirsch Servo Gruppe</a> den Umsatz um 36 Mio € auf den historisch höchsten Wert in der 35-jährigen Unternehmensgeschichte von 104,7 Mio € steigern. Das EGT sank um 17 % auf 3,8 Mio €. 2006/07: Hirsch Servo steigert Umsatz um 52 % <% image name="Hirsch_Servo_EPS_Verarbeitung" %><p> Ergebnisseitig entwickelte sich der Bereich Verpackungen negativ. Der Bereich Dämmstoffe und das Geschäftsfeld Maschinen- und Anlagenbau konnten Ergebnisverbesserungen realisieren. Das mit 18,3 Mio € größte Investitionsprogramm in der Unternehmensgeschichte betrifft allem Werkserweiterungen in Polen, Rumänien (Cluj), Ungarn (Sarvar) und den Ausbau der Dämmstofffertigung in Glanegg. Die Produktionskapazität in der EPS-Verarbeitung konnte dadurch von 25.000 auf 32.000 t/Jahr erweitert werden. Im Hauptgeschäftsfeld <b>EPS-Verarbeitung</b> hat sich das EGT auf 1,5 Mio € annähernd halbiert. Das EBIT reduzierte sich hier von 4,6 auf 2,1 Mio €. Der Bereich <b>Verpackungen</b> verringerte das EGT vor allem aufgrund des starken Rohstoffpreisanstieges im ersten Halbjahr und aufgrund der Verringerung der Rentabilität in den polnischen Werken von 1,3 auf minus 0,4 Mio €. Der Bereich <b>Dämmstoffe</b> steigerte das EGT von 1,6 auf 1,9 Mio €. Diese Erhöhung ist in der Umsatzsteigerung des Bereiches Dämmstoffe und dem Ergebnisbeitrag der erworbenen Polyform s.r.o. begründet. Der Umsatz in der EPS-Verarbeitung wurde um 55 % auf 69,3 Mio € gesteigert. Im <b>Maschinen- und Anlagenbau</b> konnte bei einem Umsatzplus von 48 % ein historischer Höchststand von 35,2 Mio € erreicht werden. Der Jahresüberschuss reduzierte sich von 3,6 auf 2,8 Mio €. Der Cash Flow sank bedingt durch die Rohstoff-Sonderbevorratung in Höhe von 8,7 Mio € von 6,5 auf minus 2,7 Mio €. Ende Juni beschäftigte Hirsch Servo 669 Mitarbeiter. Der Jahresdurchschnitt stieg von 478 auf 604 Mitarbeiter, wobei der Zuwachs zum Großteil in Osteuropa und in Österreich stattfand und auf die Kapazitätserweiterungen zurückzuführen ist. Für <b>2007/08</b> rechnet das Management nun mit einem EGT von 6,5 Mio €. Die Verbesserung des EGT soll aus dem Umsatzwachstum in der EPS-Verarbeitung in Folge der bereits getätigten Erweiterungsinvestitionen und aus der Wirksamkeit der in 2006/07 vorgestellten Neuentwicklungen resultieren. <b>2008/09</b> wird ein Ergebniswachstum von mindestens 10 % erwartet, da Neuentwicklungen wie die Hirsch-Palette in der Pipeline sind, die gegebenenfalls in größeren Stückzahlen und mit höherer Rentabilität vermarktet werden können. <small> Hirsch Servo hat Produktionsstandorte in Österreich, Ungarn, Polen, der Slowakei, Italien und Rumänien. Die Anwendungsgebiete der EPS-Produkte (EPS steht für expandierbares Polystyrol und ist besser bekannt als Porozell) reichen von Verpackungen, technischen Formteilen, Gebäudeisolierungen, Systemplatten für Fußbodenheizungen und Systembausteinen bis hin zu Leichtbeton-Produkten. </small>

Studie über Pseudomonas putida startet

Das europäische Verbundprojekt "PSYSMO" soll helfen, die biotechnologischen Möglichkeiten des Bakteriums Pseudomonas putida in Zukunft möglichst vollständig auszunutzen. Um das zu erreichen, wollen Wissenschaftler des <a href=http://www.helmholtz-hzi.de>Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung</a> den Stoffwechsel des Bodenbakteriums bis ins kleinste Detail aufklären. <% image name="Petrischale" %><p> <small> Hochleistungsbakterium für die weiße Biotechnologie soll genau erforscht werden. </small> Dabei werden sie nicht nur umfangreiche Genom-Daten sammeln, sondern daraus auch systembiologische Computermodelle entwickeln. Vitor Martins dos Santos, Koordinator des Verbundprojekts ist zuversichtlich: "Wenn wir die richtigen Schalter im Stoffwechselweg kennen, ist mit unseren Optimierungsstrategien ein Quantensprung möglich." Am Anfang des Projekts steht die Datengewinnung, gefolgt von der Entwicklung mathematischer Modelle. Die theoretische Arbeit geht Hand in Hand mit der Forschung im Labor, bis es letztlich zur biotechnologischen Anwendung kommt: Die Bakterien sollen in Tausenden Litern Kulturbrühe schnell und zuverlässig Substanzen nach den Vorgaben der Forscher produzieren. 2 Braunschweiger Forschergruppen des HZI kooperieren in diesem umfangreichen Projekt mit 15 weiteren Partnern aus Deutschland, Spanien und UK. Das stäbchenförmige Bakterium Pseudomonas putida ist sehr widerstandsfähig. Es ist besonders tolerant gegenüber Stressfaktoren wie einem niedrigem pH-Wert, niedrigen Temperaturen und verschiedenen Chemikalien wie etwa Lösungsmitteln. Bei der biotechnologischen Produktion werden die äußeren Bedingungen möglichst stabil gehalten, trotzdem geraten die Mikroorganismen unter Stress. Viele der Stressfaktoren sind noch unbekannt, wirken sich jedoch erheblich auf die Produktion aus. Nach Abschluss des Projekts sollen die Lücken geschlossen sein und das Bodenbakterium dank der neu gewonnen Erkenntnisse eine Vorreiterrolle in der weißen Biotechnologie und im Umweltschutz übernehmen. <small> Der Projektname "PSYSMO" nimmt Bezug auf das vom deutschen Forschungsministerium koordinierte Förderprogramm <a href=http://www.sysmo.net>SysMO - Systembiologie an Mikroorganismen</a>. Darin werden 11 Studien für die Dauer von zunächst 3 Jahren gefördert. Das Braunschweiger Projekt ist das größte unter ihnen und erhält mehr als 1,1 Mio €. </small> Studie über Pseudomonas putida startet

Sepsis: ARC entwickeln Diagnosechip

Ein Diagnosechip der Austrian Research Centers (<a href=http://www.arcs.ac.at>ARC</a>), der schnell und einfach eine Sepsis diagnostizieren soll (durch Aufbringen von Serum auf den Protein-Biochip), ist nun in die klinische Testphase eingetreten. Sepsis: ARC entwickeln Diagnosechip <% image name="Blutproben" %><p> Fieber, Halsschmerzen, Schüttelfrost - die Symptome einer Sepsis unterscheiden sich anfangs nicht von denen einer harmlosen Infektion und werden daher oft falsch diagnostiziert. Für die Patienten sind Fehldiagnosen folgenschwer, denn die schwere Sepsis führt bei rund 1/3 der Erkrankten trotz intensivmedizinischer Behandlung zum Tod. Für die Identifikation der Sepsis-Erreger mussten bisher Blutkulturen angelegt werden - eine langwierige Methode für eine Erkrankung mit akutem Handlungsbedarf. Auf dem 25 x 75 mm großen Protein-Chip der ARC werden wenige Milliliter Serum aufgebracht, der Nachweis der krankheitsrelevanten Werte erfolgt über fluoreszierende Punkte. Für die Notfallmedizin und in der ärztlichen Praxis stellt dieses Verfahren einen enormen Fortschritt in der Diagnoseführung dar. Der Prototyp des Diagnosechips wurde erfolgreich getestet und befindet sich ab sofort in der klinischen Testphase. <small> <b>Eine Sepsis</b> beginnt mit einer örtlichen Infektion, die sich oft innerhalb weniger Stunden im ganzen Körper ausbreitet. Es reicht eine kleine Schnittwunde oder ein Eiterherd im Körper, von dort aus gelangen die pathogenen Keime in die Blutbahn. Das Immunsystem läuft zunächst auf Hochtouren. Kommt es zu einem septischen Schock, bricht das System zusammen, der Tod tritt durch Organversagen ein. Etwa 3 von 1.000 Menschen und 2 von 100 Krankenhauspatienten erkranken jährlich an einer Blutvergiftung. </small>

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