Beiträge zum Jahrbuch der Max-Planck-Gesellschaft

Beiträge zum Jahrbuch der Max-Planck-Gesellschaft

2018

  • Zellen unterwegs: die kollektive Zellwanderung unter der Lupe

    2018 Spatz, Joachim P.; Vishwakarma,Medhavi; Das, Tamal; Grunze, Nina

    Die gemeinsame und koordinierte Bewegung von Zellen in einer Gruppe ist für die Neubildung und den Umbau von Gewebe von großer Bedeutung. Sie spielt nicht nur bei lebenswichtigen Prozessen wie Wundheilung und Embryonalentwicklung eine große Rolle, sondern auch bei der Verbreitung von Krebszellen im Körper. Den Heidelberger Max-Planck-Wissenschaftlern ist es gelungen, die hierbei entscheidenden physikalischen und molekularen Mechanismen zu entschlüsseln, welche die Vernetzung und Orientierung in wandernden Zellgruppen steuern.

2017

  • Raketentreibstoff in Bakterien

    2017 Dietl, Andreas; Barends, Thomas
    Der Kreislauf des Stickstoffs und sein Austausch zwischen organischer Materie und der Atmosphäre ist wesentlich für alles Leben auf der Erde. Einer der wichtigsten chemischen Wege dieses Kreislaufes wurde erst in den 1990er Jahren entdeckt: Der Anammox-Prozess, der von spezialisierten Bakterien durchgeführt wird, verläuft über Hydrazin, einen extrem reaktiven Stoff, der den Menschen als Raketentreibstoff dient. Eine Untersuchung der Struktur der Enzyme, die Hydrazin in der bakteriellen Zelle verarbeiten, liefert Einblicke in die Möglichkeiten unkonventioneller intrazellulärer Chemie.

2016

  • Wie orientieren wir uns?

    2016 Sprengel, Rolf; Seeburg, Peter H.

    Sich in seiner täglichen Umgebung orientieren zu können, ist überlebenswichtig. Doch wie bewältigen wir diese Aufgabe? Die Antwort ist unter anderem essenziell für das Verständnis von Demenzerkrankungen. An der Maus untersuchten Wissenschaftler, wie Informationen über ihre Umgebung gewichtet und für die Orientieren genutzt werden. Sie konnten zeigen, dass Nervenzellen der zentralen Gehirnregion, des Hippokampus, sog. NMDA-Rezeptoren nutzen, um widersprüchliche Informationen bei der Orientierung zu erkennen und zu bewerten – nicht, wie bisher vermutet, um Ortskenntnisse zu speichern.

2015

  • Wege zur effizienten Synthese von neuen Glykopeptid-Antibiotika

    2015 Cryle, Max

    Angesichts der rapide steigenden Resistenzen gegenüber Antibiotika ist es dringend notwendig, veränderte Glykopeptid-Antibiotika schnell produzieren zu können. Dies ist industriell zurzeit nicht möglich, weil die entscheidenden Schritte der natürlichen Synthese teilweise unbekannt sind und daher nicht simuliert werden können. Neue Erkenntnisse über diese Mechanismen geben Hoffnung, dass man diese Vorgänge im Labor kopieren kann und entstehenden bakteriellen Resistenzen vielfältige, wesentlich modifizierte Glykopeptid-Antibiotika entgegensetzt.

2014

  • Stress bei Zebrafischen

    2014 Ryu, Soojin

    Die Fähigkeit eines Tieres, auf Stress zu reagieren, kann in einer ungewohnten und feindlichen Umgebung über Leben und Tod entscheiden. Soojin Ryu erforscht am Max-Planck-Institut für medizinische Forschung anhand von Zebrafischlarven, wie Stress das Gehirn und das Verhalten verändert.

2013

  • Verfolgungsjagd in virtuellen Welten – Verarbeitung visueller Bewegung im Gehirn des Zebrabärblings

    2013 Bollmann, Johann
    Die Wahrnehmung bewegter Objekte ist von fundamentaler Bedeutung, um sich sicher fortzubewegen und geschickt auf Dinge zuzugreifen. Unser Gehirn übernimmt die visuelle Steuerung zielgerichteter Bewegung, indem es schnell entscheidet, welches Objekt im Gesichtsfeld wichtig ist, um sodann den Blick durch Augen- und Kopfbewegungen darauf zu lenken. Auch die Zebrabärblingslarve meistert solch zielgerichtetes Verhalten mit Hilfe ihres feinen Sehsystems. Ergebnisse aus dem MPI für medizinische Forschung zeigen nun, wie Bewegungsreize im Gehirn dieses kleinen Jägers verarbeitet werden.

2012

  • Vom Baustein zum Gift: Der tödliche Mechanismus von Zeta-Toxinen

    2012 Mutschler, Hannes; Meinhart, Anton
    Toxin-Antitoxin-Systeme (TA-Systeme) sind DNA-Elemente, die im Genom fast aller Bakterien zu finden sind. Sie kodieren für ein toxisches Protein und das entsprechende Antitoxin. Wird letzteres abgebaut, kommt es zur Freisetzung des Toxins und der damit verbundenen Vergiftung der Zelle. Bei TA-Systemen aus der Epsilon/Zeta-Familie dient dieser Mechanismus in pathogenen Bakterien sowohl einer stabilen Vererbung von Resistenzgenen als auch einer Erhöhung der Virulenz. Die Aufklärung der Wirkungsweise von Zeta-Toxinen am MPI für medizinische Forschung erlaubt es nun, beide Phänomene zu erklären.

2011

  • Neuronale Verarbeitung von Geruchsreizen im Riechkolben der Maus

    2011 Schaefer, Andreas T.
    Wie Nervenzell-Netzwerke im Gehirn den Informationsfluss steuern und verarbeiten, ist weitestgehend ungeklärt. In der Geruchsverarbeitung in Säugetieren sind inhibitorische Verschaltungen in der ersten Verarbeitungsstufe, dem Riechkolben, die anatomisch dominierende Struktur. Mäuse mit spezifischer genetischer Veränderung der Neuronen des Riechkolbens konnten je nach Inhibitionsstärke im Verhaltensexperiment Gerüche schneller oder weniger schnell unterscheiden. Diese Ergebnisse sprechen für eine auch funktionell tragende Rolle der inhibitorischen Verschaltungen in der Geruchsverarbeitung.

2010

  • Dynamik von Acetylcholinrezeptoren in neuromuskulären Synapsen in vivo

    2010 Yampolsky, Pessah; Pacifici, Pier-Giorgio; Chevessier, Frédéric; Mersdorf, Ulrike; Barenhoff, Karina; Koenen, Michael; Witzemann, Veit
    Synaptogenese und synaptische Plastizität erfordern Wechselwirkungen zwischen prä- und postsynaptischen Komponenten. Mithilfe von gentechnisch manipulierten Mäusen wurde die Dynamik von Acetylcholinrezeptoren am Modell der neuromuskulären Synapse untersucht. Direkte In-vivo-Untersuchungen zeigen, wie neue Rezeptoren in bestehende Synapsen eingebaut werden und wie sich ihre Stabilität in Abhängigkeit vom Innervierungszustand verändert.

2009

  • Hippokampus und räumliches Kurz- und Langzeitgedächtnis

    2009 Seeburg, Peter H.; Sprengel, Rolf
    Glutamat ist der wichtigste erregende Signalstoff an den Schaltstellen unseres Nervensystems und damit unerlässlich für alle Leistungen des Gehirns. Im Modellorganismus Maus kann durch genetische Eingriffe die detaillierte Funktion der in Schaltstellen durch Glutamat aktivierten Schlüsselmoleküle bei Lernvorgängen untersucht werden. Eine Mausmutante zeigte erstmals, dass eines dieser Schlüsselmoleküle zum Erlernen von soeben erlebten, räumlichen Situationen notwendig ist und somit als molekularer Baustein bei Lernen und Erinnern fungiert.

2008

  • Im Auge des Betrachters – Signalverarbeitung in der Retina

    2008 Euler, Thomas; Hausselt, Susanne E.; Castell, Xavier; Denk, Winfried
    Unsere Augen erreicht ein anhaltender Strom visueller Information, die zeitnah und korrekt interpretiert werden muss. Um diesen enormen Datenfluss zu bewältigen, findet in der Netzhaut des Auges eine umfangreiche Vorverarbeitung statt, bei der wichtige Informationen über die gesehene Szene herausgefiltert werden. Den Aufbau und die Arbeitsweise der zugrundeliegenden neuronalen „Schaltkreise“ aufzuklären, ist einer der Forschungsschwerpunkte der Abteilung für Biomedizinische Optik am MPI für medizinische Forschung in Heidelberg.

2007

  • Detaillierte Einblicke in die Umwandlung von Blaulichtsignalen

    2007 Jung, Astrid; Domratcheva, Tatiana; Schlichting, Ilme
    Viele Organismen besitzen Photorezeptoren, um sich wechselnden Lichtverhältnissen anpassen zu können. Die Photorezeptorfamilie der Phototropine und die erst kürzlich entdeckten BLUF (sensor of blue light using FAD)-Photorezeptoren regulieren eine Reihe wichtiger zellulärer Prozesse in Abhängigkeit von Blaulichtsignalen. Durch quantenchemische und strukturelle Untersuchungen konnten am MPI für medizinische Forschung wichtige Einblicke in die Funktion dieser Lichtschalter gewonnen werden.

2006

  • Genetisch veränderte Glutamatrezeptoren in der Maus: Synaptische Erregungsleitung, Plastizität und Rolle beim Lernen

    2006 Seeburg, Peter H.; Sprengel, Rolf; Köhr, Georg; Osten, Pavel
    Ein Dogma der Neurowissenschaften besagt, dass Lernvorgänge im Gehirn dauerhafte Veränderungen an chemischen Synapsen bewirken. Die Funktion von Schlüsselmolekülen bei solchen Veränderungen zu beschreiben, ist das Ziel der Abteilung Molekulare Neurobiologie am MPI für medizinische Forschung. Die meisten Synapsen im Gehirn sind spezialisiert auf schnelle Erregungsleitung und operieren mit dem chemischen Botenstoff L-Glutamat, der vom sendenden Teil der Synapse (Präsynapse) auf einen Reiz hin ausgeschüttet wird, durch den synaptischen Spalt diffundiert und am empfangenden Teil (Postsynapse) an spezifische Rezeptoren bindet. Die Glutamatbindung öffnet eine Pore in diesen Rezeptoren, sodass für kurze Zeit (einige Millisekunden) positiv geladene Ionen (Kationen) in die Nervenzelle fließen und diese von ihrem Ruhezustand in einen Erregungszustand überführen (die Zellmembran depolarisieren). Die genetische Manipulation der Glutamatrezeptoren (GluRs) in der Maus verändert synaptische Wirkungsweisen und kann das Lernvermögen beeinträchtigen oder – seltener – erhöhen. Im Folgenden werden Versuche über Funktionsaspekte von Glutamatrezeptoren bei räumlichem Lernen sowie bei Geruchsunterscheidungen beschrieben. Die Expression von funktionsveränderten GluRs kann auch neurodegenerative Erkrankungen wie Epilepsie und amyotrophe Lateralsklerose auslösen.

2005

  • Neue Einblicke ins Gehirn – Beobachtung von Gliazellen in der intakten Hirnrinde

    2005 Helmchen, Fritjof; Nimmerjahn, Axel
    Im Gehirn finden sich neben den Nervenzellen mehrere Arten von Gliazellen. Während Nervenzellen die schnelle Signalübertragung vermitteln, sind die vielfältigen Funktionen der Gliazellen weitgehend unverstanden, nicht zuletzt, weil es bisher kaum möglich war, diese Zellen im intakten Hirngewebe zu untersuchen. Durch die Entwicklung neuer Fluoreszenz-Färbetechniken und die Anwendung der Zwei-Photonen-Fluoreszenz-Mikroskopie ist es jetzt möglich geworden, Gliazellen in der intakten Hirnrinde mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung sichtbar zu machen und ihr Verhalten zu beobachten. Zum Beispiel konnten wellenförmige Veränderungen der intrazellulären Konzentration von Kalzium im Astrozyten-Netzwerk gemessen werden. Diese vermitteln vermutlich Signale langer Reichweite in der Hirnrinde. Zudem wurde entdeckt, dass Mikrogliazellen, die Abwehrzellen des Gehirns, im gesunden Gehirn nicht im Ruhezustand verharren, sondern beständig das umgebende Gewebe mit ihren beweglichen, feinen Fortsätzen abtasten und sozusagen kontrollieren. Sie zeigen dabei ein erstaunlich hohes Maß an Veränderbarkeit ihrer Form, wie es sich bei keinem anderen Zelltyp der Hirnrinde findet. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Mikrogliazellen bei lokalen Blutgefäßverletzungen innerhalb weniger Minuten die verletzte Stelle gezielt mit ihren Zellfortsätzen abdichten und mit dem Abbau schädigender oder geschädigter Materie beginnen. Diese neuen Ergebnisse verdeutlichen, dass Gliazellen wichtige Elemente der Hirnrinde sind, sowohl im gesunden Zustand als auch insbesondere bei Schädigungen des Hirngewebes, zum Beispiel nach einem Schlaganfall.

2004

  • Hochauflösende Mikroskopie im Gehirn

    2004 Denk, Winfried; Euler, Thomas; Friedrich, Rainer
    Ziel der Abteilung "Biomedizinische Optik" im MPI für medizinische Forschung ist es, neue Methoden zu entwickeln, um die Rechenvorgänge im Gehirn besser zu verstehen. Dabei ergeben sich zwei wichtige Stoßrichtungen: die Messung der Aktivität und die Rekonstruktion der Schaltkreise. Der schnelle Informationsfluss im Gehirn erfolgt im Wesentlichen über die Nervenausläufer, Axone genannt, in denen sich eine elektrochemische Erregung aktiv fortpflanzen kann.
Zur Redakteursansicht