Wie fixieren Bakterien das Klimagas Kohlendioxid? Das m\u00f6chte eine neue Emmy Noether-Nachwuchsgruppe an der Philipps-Universit\u00e4t erforschen.
\nIn bakteriellen Zellen f\u00fchren biologische Makromolek\u00fcle eine Vielzahl verschiedenster Aufgaben durch. Manche funktionieren als Speicher von Energie oder Erbinformationen; andere wiederum k\u00f6nnen Zellen aufbauen und Signale weiterleiten. Die neue Emmy Noether-Nachwuchsgruppe am Zentrum f\u00fcr synthetische Mikrobiologie (SYNMIKRO) der Philipps-Universit\u00e4t wird sich in den kommenden sechs Jahren einer besonderen Gruppe von Makromolek\u00fclen widmen.
\nDas Forschungsteam unter Leitung von Dr. Jan Michael Schuller vom Fachbereich Chemie der Philipps-Universit\u00e4t interessiert sich f\u00fcr biologische Systeme, die f\u00fcr die Kohlenstofffixierung und die Energieumwandlung in bakteriellen Zellen verantwortlich sind. Schuller ist Experte f\u00fcr Kryo-EM, der Kryo-Elektronenmikroskopie.
\nMit Hilfe dieser Methode werden die Forscherinnen und Forscher Strukturen von membrangebundenen Multi-Protein-Komplexen hochaufl\u00f6send bestimmen und f\u00fcr die Synthetische Biologie nutzbar machen. Die Emmy Noether-Nachwuchsgruppe „KryoEM von molekularen Maschinen“ wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit rund 1,6 Millionen Euro gef\u00f6rdert.
\n„Diese biochemischen Reaktionen bergen eine Vielzahl von M\u00f6glichkeiten f\u00fcr die Synthetische Biologie“, erkl\u00e4rte Schuller. „Wir k\u00f6nnen Sie hoffentlich eines Tages dazu nutzen, um Naturstoffe und solare Brennstoffe aus optimierten photosynthetischen Bakterien herzustellen. Oder aber um gasf\u00f6rmiges CO2 mittels biologischer Organismen aus der Atmosph\u00e4re zu binden.“
\nSeine Gruppe will den Mechanismus von cyanobakteriellen membranst\u00e4ndigen Kohlens\u00e4ureanhydrasen verstehen. „Diese bemerkenswerten Enzyme schaffen es, sehr hohe intrazellul\u00e4re Bicarbonat-Konzentrationen zu erzeugen, die als Treibstoff f\u00fcr die Kohlenstofffixierung mittels Rubisco verwendet werden“, erl\u00e4uterte Schuller.
\nDaf\u00fcr macht sich das Forschungsteam eine Methode zu nutzen, die Schuller in seiner Zeit als Gastwissenschaftler an der Harvard Medical School kennengelernt hat. In der Kryo-Elektronenmikroskopie (KryoEM) werden Makromolek\u00fcle schnell und rasch abgek\u00fchlt, sodass sich keine Eiskristalle bilden k\u00f6nnen. Stattdessen bildet sich verglastes Wasser, in dem die Makromolek\u00fcle unbesch\u00e4digt eingefroren sind, das aber f\u00fcr Elektronenstrahlen durchsichtig ist.
\nMit Hilfe eines Elektronenmikroskops k\u00f6nnen nun Bilder erstellt werden, aus denen mit Hilfe von Computern eine exakte 3D-Struktur des Makromolek\u00fcls berechnet werden kann – mit einem Detailreichtum, der mit dem von R\u00f6ntgenkristall-Strukturen vergleichbar ist. Dieser genaue Blick auf den Aufbau von Biomolek\u00fclen ist ein wichtiges Werkzeug, um den katalytischen Mechanismus eines Enzyms zu verstehen und ihn letztlich f\u00fcr biotechnologische Anwendungen nutzbar zu machen.
\nVertiefte Kenntnisse \u00fcber Kryo-EM erlangte Schuller w\u00e4hrend seiner Promotion am Max-Planck-Institut f\u00fcr Biochemie in Martinsried, wo er sich auf die Einzelpartikelanalyse von Proteinen spezialisiert hat. „Photosynthetische Bakterien sind faszinierend und k\u00f6nnen ein wichtiger Faktor in der Bek\u00e4mpfung der Erderw\u00e4rmung sein“, , erkl\u00e4rte Schuller. „Das ist definitiv eines der Anwendungsszenarien, die wir in unserem kommenden Projekt stets im Fokus haben werden.“<\/p>\n
* pm: Philipps-Universit\u00e4t Marburg<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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