Wochenrückblick KW 08
Ribosomen-Recycling entschlüsselt
Ribosomen werden nach einem Milliarden Jahre alten Mechanismus recycled.
Wie ein Forscherteam um den Biochemiker Roland Beckmann von der Ludwig-Maximilians-Universität München in der Fachzeitschrift Nature (Online-Vorabveröffentlichung) berichtet, funktioniert das Ribosomen-Recycling in den Archaen- Bakterien, sogenannten Urbakterien, nach dem gleichen System wie in höher entwickelten Organismen. Ribosomen, die Eiweißfabriken der Zelle, sind verantwortlich für die Synthese der Proteine nach dem Bauplan der Gene. Sie lesen die genetische Information ab, synthetisieren das entsprechende Protein, und werden anschließend wieder in ihre Untereinheiten disassoziiert, um sich für den nächsten Syntheseprozess neu bilden zu können. Wie die Arbeitsgruppe um Roland Beckmann herausfand, ist sowohl in den Urbakterien (Archaea) als auch in Säugetieren das Enzym ATPase ABCE1 entscheidend für den Recyclingprozess. Die Forscher haben dieses Enzym am Ribosom erstmals visualisieren können und damit auch neue Erkenntnisse über die Schritte der Proteinbiosynthese und ihre Verbindung miteinander gewonnen.
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An Bakterien ist das Recycling bereits umfassend untersucht und verstanden worden. Bei den Eukaryonten ist der Prozess bisher unerforscht, ebenso bei den Archaea. Die Urbakterien bilden eine eigene Domäne, ihre Ribosomen werden aber vom gleichen Enzym ATPase ABCE1 gesteuert, das dem höherer Lebewesen auch sehr ähnlich ist. „Dieser extreme Grad an struktureller und evolutionärer Konservierung über Milliarden Jahre ist sehr ungewöhnlich“, sagt Beckmann. Bei der Visualisierung des Ribosoms entdeckten die Forscher eine Eisen-Schwefel- Cluster-Domäne. „Wir vermuten, dass diese stabile Domäne eine Art molekularen Keil, einen sogenannten A-site-Faktor, zwischen die ribosomalen Untereinheiten treibt“, sagt Thomas Becker, Erstautor der Studie. „Zudem könnte unser Modell erklären, wie die Termination, das Recycling und letztlich auch eine neue Initiation der Proteinbiosynthese gekoppelt sind.“
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Die wichtigsten Nachrichten aus der Biotech-Branche
- ERA-NET: Kooperationsprojekte zur industriellen Biotechnologie
- Die Verbündeten der Antikörper
- Wie Botulinum ins Blut gelangt
- Plagiat bei Verteidigung: Insekten nutzen Pflanzengifte
- Deutsch-israelische Zusammenarbeit in der Biotechnologie
ERA-NET: Kooperationsprojekte zur industriellen Biotechnologie
Das Bundesforschungsministerium fördert im Rahmen einer neuen EU-Ausschreibung europäische Kooperationsprojekte zur weißen Biotechnologie.
ERA-Industrial Biotechnology 2 (ERA-IB2) ist ein auf vier Jahre angelegtes Projekt im Rahmen des Regional-Forschungsförderprogramms ERA-NET (European Reasearch Area-NETworks). An der Initiative sind 19 Foschungsförderer aus 15 EU-Ländern beteiligt. Unter ERA-IB2 gefördert werden unter anderem Forschungs- und Entwicklungsvorhaben, bei denen verbesserte Enzymsysteme für Bioprozesse entwickelt werden, außerdem gefragt sind Ansätze zur Optimierung von Mikroorganismen mit Methoden der Synthetischen Biologie und der Systembiologie sowie innovative Fermentations- und biokatalytische Prozesse zur Verwertung und Prozessierung von Biomasse. Im Visier sind auch neue Produkte, die mit Hilfe von Pflanzen- und Tierzellkulturen gewonnen werden. Die Projekte sollen die verschiedenen Schritte der Wertschöpfungskette miteinander besser verzahnen.
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ERA-IB2 hat das Ziel, industrielle und akademische Forschung grenzüberschreitend besser zu vernetzen. Antragsberechtigt sind Unternehmen, Hochschulen, außeruniversitäre Forschungseinrichtungen, die jedoch noch keine staatliche Grundförderung erhalten sollten. Bis zu 50 Prozent des Vorhabens können gefördert werden, bei der Beteiligung von KMU und Forschungseinrichtungen bis zu 100 Prozent. Die Projektpartner müssen aus mindestens drei Partnerländern beziehungsweise –regionen kommen. Die Projektskizzen für das zweistufige Auswahlverfahren müssen bis 30. April 2012 eingereicht werden, bis 31. Juli müssen bei positivem Bescheid die vollständigen Projektvorhaben vorliegen. (Ansprechpartner sind Frau Dr. Marion Karrasch-Bott und Dr. Claudia Junge vom Projektträger Jülich).
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Die wichtigsten Nachrichten aus der Biotech-Branche
- Ribosomen-Recycling entschlüsselt
- Die Verbündeten der Antikörper
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Die Verbündeten der Antikörper
Keine Killerzellen, sondern Monozyten sind die wichtigsten Verbündeten der körpereigenen Antikörper.
Das beschreiben Wissenschaftler vom Lehrstuhl für Genetik der Friedrich-Alexander-Universität in Erlangen im Fachmagazin Immunity (Online-Vorabveröffentlichung). Antikörper werden vom Körper selbst produziert und können jeden Zelltyp vernichten – ein Mechanismus, der bereits in der Krebstherapie eingesetzt, aber bisher nicht vollständig verstanden ist.
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Bisher war man immer davon ausgegangen, dass die Antikörper für die Zellzerstörung mit natürlichen Killerzellen oder Fresszellen interagieren. Das Team um Falk Nimmerjahn, Leiter des Lehrstuhls für Genetik, wies jedoch nach, dass die Funktion der Antikörper von einem anderen Zelltyp abhängt: den Monozyten.
Wenn die Forscher im Modell die Monozyten entfernt hatten, konnten Antikörper weder eine therapeutische Wirkung gegen Krebs entfalten noch konnten Auto-Antikörper die eigenen Zellen angreifen. „Unsere Erkentnisse liefern zahlreiche Ansätze, um Tumortherapie zu optimieren und Autoimmunerkrankungen besser bekämpfen zu können“, sagt Nimmerjahn. Antikörper sind Eiweißmoleküle, die in zwei Hauptgruppen unterschieden werden. Antikörper, die beispielsweise Tumorzellen zerstören, also medizinisch gesehen positive Eigenschaften haben, werden bereits in der Krebstherapie eingesetzt. Experten können die Antikörper-produzierenden Zellen isolieren und in Zellkulturen halten. Die so gewonnenen Antikörper werden dem Patienten anschließend wieder injiziert. Der Vorteil ist, dass die Antikörper aufgrund ihrer geringen Größe in jedes Gewebe wandern können, ohne dass sie direkt injiziert werden müssen. Weniger kontrollierbar sind die Auto-Antikörper, die auch gesunde Körpersysteme angreifen und zu Autoimmunkrankheiten führen. Beide Typen werden von den gleichen molekularen Mechanismen gesteuert. Die Monozyten sind ebenfalls Zellen des Immunsystems, als Vorläuferzellen der Makrophagen sind sie an der spezifischen und unspezifischen Immunabwehr beteiligt. 
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Wie Botulinum ins Blut gelangt
Botulinumtoxin nutzt eine säure- und enzymstabile Schutzhülle, um ins Blut zu gelangen.
Das fanden Forscher um Andreas Rummel von der medizinischen Hochschule Hannover heraus. Die Entdeckung, die zahlreiche Therapien revolutionieren könnte, haben sie in der Fachzeitschrift Science (2012, Online-Vorabpublikation) beschrieben.
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Wirtschaft: Reines Botox-Präparat durch die Zulassung geboxt Wissenschaft: Die Nano-Spritze der Bakterien verstopfen |
Das Bakterium Clostridium botulinum produziert ein Nervengift, mit dem erfolgreich Bewegungsstörungen behandelt werden. Unter dem Namen Botox ist es ein bekanntes Präparat zur Faltenglättung. Wird es jedoch mit verdorbenem Fleisch oder Fisch aufgenommen, gelangt das Eiweiß ins Blut und führt zu schweren Lebensmittelvergiftungen. „Das ist höchst verwunderlich und einmalig in der Natur, denn Eiweiße kommen normalerweise nicht in ihrer ursprünglichen Form im Blut an, sondern werden zuvor von Magensaft- und Bauchspeicheldrüsenenzymen zerlegt“, sagt Andreas Rummel vom MHH-Institut für Toxikologie. C. botulinum umgeht diese eiweißfeindliche Umgebung, indem es sein Gift in ein säure- und enzymstabiles Paket verpackt.
Das Paket öffnet sich erst im Darm – und auch dort nicht zufällig: Ein pH-Sensor misst den neutralen pH-Wert im unteren Darmabschnitt und löst zum richtigen Zeitpunkt die Giftfreigabe aus. Mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse und der Gentechnik haben die Forscher ein solches Schutzeiweiß hergestellt, es kristallisiert und damit ein inaktives Botulinustoxin umhüllt. Die Schutzhülle besteht aus 2.600 Aminosäuren beziehungsweise 21. 000 Atomen. Die Forscher konnten auch die pH-Sensoren charakterisieren. „Diese Kenntnisse ermöglichen es, Arzneistoffe auf Eiweißebene, die bisher intravenöse verabreicht werden müssen, gegen Botulinumtoxin auszutauschen und für eine orale Verabreichung verfügbar zu machen. Patienten, die auf Insulin, Erythropoietin, Gerinnungs- und Wachstumsfaktoren angewiesen sind, müssten dieses dann in Zukunft nicht mehr spritzen, sondern könnten einfach eine Tablette schlucken.
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Plagiat bei Verteidigung: Insekten nutzen Pflanzengifte
Gifte, mit denen sich Pflanze gegen Insektenfraß schützen, werden von den Tieren teilweise absorbiert und zur eigenen Verteidigung genutzt.
Das haben Wissenschaftler am Botanischen Institut der Christian-Albrechts- Universität Kiel herausgefunden und im Fachjournal PLoS ONE (2012, Online-Vorabveröffentlichung) beschrieben. Bei den Giften handelt es sich um Pyrrolizidin-Alkaloide, sie kommen in heimischen Kreuzkräutern vor und haben in den vergangenen Jahren Schlagzeilen gemacht als Verunreinigung im Rucola-Salat oder Verursacher von Weidevergiftungen: Die Alkaloide sind eine wirksame Verteidigung der Pflanze gegen Fressfeinde. Jetzt konnten die Forscher zeigen, dass die Pflanzengifte bei manchen Insekten nicht nur wirkungslos sind, sondern auch von den ursprünglichen Fressfeinden zur eigenen Verteidigung eingesetzt werden. Wie jemand, der seinem Angreifer das Messer aus der Hand windet, nehmen Insekten wie die Afrikanische Harlekinschrecke und der Karminbär, ein heimischer Nachtfalter, die Gifte auf, machen sie wirkungslos und speichern sie für die eigene Verteidigung. Dafür haben sie unabhängig voneinander ein spezifisches Enzym entwickelt. Diese N-Oxygenase macht das Gift zunächst unschädlich, so dass es die Tiere speichern können. Dieser Prozess kann jedoch rückgängig gemacht werden, so dass die Tiere das Gift auch zur Verteidigung einsetzen können.
Die potenziell giftige Fracht signalisieren die Insekten durch eine auffällige Färbung. Beim Karminbär war das gleiche Enzym schon vor einigen Jahren entdeckt worden. „Es ist sehr beeindruckend, dass die Evolution einen solch komplexen Mechanismus zweimal unabhängig voneinander bei sehr weit voneinander entfernten Arten hervorbringt“, sagt Kieler Forscher Dietrich Ober. Seit über zehn Jahren untersuchen die Wissenschaftler aus dem Bereich der biochemischen Ökologie in Kiel, wie spezialisierte Insekten Pflanzengifte aufnehmen und speichern. Bei den Untersuchungen zur afrikanischen Harlekinschrecke kooperierten die Forscher mit Wissenschaftlern der TU Braunschweig und des City University College New York. Die Harlekinschrecke hat dank ihrer raffinierten Verteidigung kaum Fressfeinde, und vernichtet bei Heuschreckenplagen ganze Ernten. Ober und seine Kollegen hoffen nun, dass man sich die Vorliebe der Tiere für Alkaloide zunutze machen kann, um neue Fallen zu entwickeln.
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Deutsch-israelische Zusammenarbeit in der Biotechnologie
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und das israelische Ministerium für Industrie, Handel und Arbeit MOITAL wollen binationale Projekte in der Biotechnologie vorantreiben.
Im Rahmen der Förderinititative BIO-DISC ist dazu nun die siebte Runde gestartet. Gefördert werden sollen in Deutschland und Israel entwickelte biotechnologische Verfahren, Produkte und Dienstleistungen in die industrielle Anwendung überführt werden. Dabei werden deutsche Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft beim Aufbau bilateraler Forschungs und Entwicklungs-Kooperationen mit israelischen Unternehmen von BMBF gefördert; die jeweiligen israelischen Unternehmen werden vom MOITAL unterstützt. Außerdem sind Hochschulen und außeruniversitäre Forschungseinrichtungen in beiden Ländern aufgerufen, sich an den Verbundprojekten (2+2 Projekten) sowie an gemeinsamen Machbarkeitsstudien universitärer oder außeruniversitärer Forschergruppen zur Vorbereitung industrieller Forschungs-und Entwicklungs-Vorhaben zu beteiligen. Deutschland und Israel kooperieren seit 2004 in der Biotechnologie im Rahmen der Aktivität „German-Israeli Cooperation in Biotechnology – BIO-DISC".
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Förderung: Deutsch-israelische Biotech-Förderung: Sechste Runde BIO-DISC Dossier: Biotechnologie in Israel |
Beide Länder haben sich auf eine gemeinsame Förderung von Projekten unter Federführung kleiner und mittlerer Unternehmen geeinigt, um den Transfer aus der Grundlagenforschung in die Anwendung zu verbessern. Die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen beiden Ländern in der Biotechnologie wurde bereits 1976 mit dem Vorläuferprogramm DISNAT initiiert und wird durch BIO-DISC kontinuierlich weiterentwickelt. Der Markt für biotechnologische Verfahren, Produkte und Dienstleistungen ist einer der interessantesten im wissenschaftsbasierten Hochtechnologiebereich. Der weltweite Wettbewerb um die besten Geschäftsideen und Wachstumsstrategien sowie deren Umsetzung am Markt ist daher besonders intensiv. Strategische Partnerschaften, insbesondere mit ausländischen Unternehmen, können vor allem für junge Biotechnologie-Unternehmen einen wichtigen Beitrag zum Erhalt und Ausbau der internationalen Wettbewerbsfähigkeit leisten. Projektskizzen können bis zum 2. Mai 2012 eingereicht werden. Ansprechpartner ist Dr. Hans-Peter Peterson vom Projektträger Jülich.
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