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Aktuelle Meldungen
  • Hinter den Kulissen der Nanoforschung
    Einblick in die Welt der Nanowissenschaften bietet der NanoDay am Samstag, 22. November 2014, von 10 bis 17 Uhr im Zentrum Neue Technologien (ZNT) des Deutschen Museums. Wissenschaftler des Nano-Exzellenzclusters NIM laden an vielen Ständen Groß und Klein zum Experimentieren ein und erklären ihre spannende Arbeit. So können die Besucher zum Beispiel aus Licht und Wasser den Energieträger Wasserstoff zaubern, medizinisch wirksame Nanopartikel im Modell zu kranken Zellen dirigieren oder ein Smartphone-Mikroskop bauen.  Professoren erklären in unterhaltsamen Vorträgen, wie sie mit Nanostrukturen arbeiten und was sie daraus herstellen können. Dazwischen lädt der Physik-Kabarettist Georg Eggers die Besucher auf eine eher ungewöhnliche Reise in die Welt der Nanowissenschaften ein. Kurse im Besucherlabor des Museums, in denen die eigene DNA isoliert werden kann, runden das Programm Der Eintritt zum NanoDay ist kostenlos. Für den Besuch des restlichen Museums ist eine Eintrittskarte erforderlich.

    Die Veranstaltung wird organisiert vom Exzellenzcluster „Nanosystems Initiative Munich“ (NIM), an dem auch das Deutsche Museum beteiligt ist.  Weitere Informationen finden Sie hier.

    Sa., 22. 11. 2014, 10 bis 17 Uhr, Deutsches Museum
    (05.11.2014)

  • Akademische Abschlussfeier des Departments für Pharmazie - Zentrum für Pharmaforschung 2014

    Im Rahmen der akademischen Abschlussfeier des Departments für Pharmazie zur Verabschiedung der Bachelor-, Master- und Staatsexamensstudierenden am 28.11.2014 findet die Verleihung des Herbert-Marcinek-Preises, des Daiichi Sankyo Master-Preises, des AbbVie-Promotionspreises und des Lesmüller-Preises der Dr. August und Dr. Anni Lesmüller-Stiftung findet statt.

    Den diesjährigen Festvortrag mit dem interessanten Titel „Wie halten sich Honigbienen gesund“ hält Prof. Dr. Jürgen Tautz von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg. Die Akademische Abschlussfeier beginnt um 14 Uhr c.t. im Buchner-Hörsaal.


    Fr. 28.11.2014, 14:00 Uhr, Buchner-Hörsaal
    (30.10.2014)

  • LMU und BASF schließen Patentkaufvertrag
    Die LMU vereinbart bislang umfangreichsten Lizenzvertrag im Bereich der Proteinforschung: BASF kauft aussichtsreiche Patente für innovative Entwicklungen in der Biomedizin. Die LMU hat mit dem Unternehmen BASF SE einen Lizenzvertrag im Bereich neuer chemischer Methoden zur Modifizierung von Biomolekülen geschlossen, die am Exzellenzcluster Center for integrated Protein Science Munich (CiPSM) entwickelt wurden. „Die Forschung zur Modifizierbarkeit von Biomolekülen an der LMU ist ein herausragendes Beispiel dafür, wie Grundlagenforschung aus der Exzellenzinitiative erfolgreich in die Anwendung überführt wird“, sagt Thomas Carell, Professor für Organische Chemie an der LMU und Sprecher des CiPSM.

    Die Proteinwissenschaften sind die Basis für Fortschritte in der Biomedizin und Biotechnologie. Am CiPSM werden neue chemische Methoden erforscht, um Biomoleküle effizient mit chemischen Strukturen zu verknüpfen. Mithilfe dieser speziellen neuen Methoden entstehen Hybridsubstanzen aus organischen oder anorganischen Teilstrukturen und den jeweiligen Biomolekülen, seien es Proteine oder Nukleinsäuren. Derartige Hybridstrukturen haben völlig neuartige Eigenschaften und können daher in unterschiedlichen Gebieten wie der Diagnostik, aber auch als neuartige Wirksubstanzen eingesetzt werden.

    Die Arbeitsgruppe von Thomas Carell entwickelt damit Konstruktionsprinzipien, die Entwicklungslabore für die Entwicklung therapeutisch wirksamer Substanzen nutzen können. In den vergangenen Jahren haben die Forscher für mehrere Verfahren Patentschutz beantragt. Im Zuge umfangreicher Patentverhandlungen wurde nun eine Übereinkunft mit der BASF erzielt, in deren Rahmen die LMU erneut Patente mit einem hohen Verwertungspotenzial an das Chemieunternehmen vergibt.

    Bereits im Jahr 2008 wurde von Thomas Carell zusammen mit der BASF die Biotechnologiefirma Baseclick GmbH gegründet. Baseclick verwertet die Patentrechte in den Arbeitsgebieten, die nicht konkret mit den Forschungsthemen von BASF überlappen. Innerhalb dieser Ausgründung werden neuartige Methoden zur Funktionalisierung von Nukleinsäuren mit Farbstoffen entwickelt, die eine neuartige Tumordiagnostik ermöglichen.

    Mehr zur Forschung am Center for integrated Protein Science Munich: CIPSM.
    (28.10.2014)

  • Photopharmakologie - Lichtsensibler Wirkstoff gegen Diabetes
    LMU-Forschern ist es gelungen, ein Diabetes-Arzneimittel von Lichtreizen abhängig zu machen. Der Prototyp JB253 initiiert die Freisetzung von Insulin im Experiment erst dann, wenn er mit blauem Licht stimuliert wird. Molekulare optische Schalter können die Signalübertragung von Molekülen beeinflussen. In einer Forschungsstudie, angeführt von Dirk Trauner, Professor für Chemische Biologie und Genetik an der LMU, und Johannes Broichhagen (LMU) sowie Professor Guy Rutter und Dr. David Hodson vom Imperial College London, ist es gelungen, einen optischen Schalter für Medikamente aus der Klasse der Sulfonyl-Harnstoffe zu entwickeln, die bei Diabetes vom Typ 2 eingesetzt werden. Darüber berichten die Forscher aktuell in der Fachzeitschrift Nature Communications.

    „Wir verbinden synthetische molekulare Schalter, die auf Licht reagieren, mit natürlichen Rezeptoren. Diese hybriden Fotorezeptoren machen die Moleküle für Licht ansprechbar“, erläutert Dirk Trauner das Prinzip der molekularen optischen Schalter. „Licht lässt sich sehr genau kontrollieren, sodass wir die Moleküle gezielt ansprechen können. Außerdem ist die Reaktion reversibel.“

    Wird dieses Prinzip auf Arzneimittel übertragen, kann ein Wirkstoff allein durch einen Lichtreiz freigesetzt werden. Molekulare optische Schalter könnten ganz neue Behandlungsmöglichkeiten eröffnen. Bei Diabetes ist infolge einer gestörten Insulinzufuhr der Blutzuckerspiegel erhöht, weil Kohlenhydrate nicht richtig verwertet werden können. Für Sulfonyl-Harnstoffe, die bei Diabetes vom Typ 2 die Insulinfreisetzung in der Bauchspeicheldrüse auslösen, haben die Forscher nun den Prototyp JB253 entwickelt und erfolgreich im Labor getestet: Beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse setzen Insulin frei, sobald der mit einem optischen Schalter versehene Arzneistoff mit blauem Licht stimuliert wird. Geht das Licht aus, stoppt auch die Insulingabe.

    Zukunftspläne: Pille mit Lichtschalter

    Sulfonyl-Harnstoffe setzen an den Kaliumkanälen von Zellen in der Bauchspeicheldrüse an. „Der Prototyp JB253 könnte ein wichtiges Werkzeug sein, um die Funktion der Kaliumkanäle zu untersuchen“, sagt Trauner, der die Photopharmakologie nicht nur für ein wertvolles Forschungswerkzeug hält: „Wir sind überzeugt, dass sie in nicht allzu ferner Zukunft auch klinisch Bedeutung erlangt.“

    Die Vision der Forscher ist, dass das Arzneimittel als Tablette eingenommen werden kann. Der Wirkstoff würde erst in dem Moment freigesetzt, indem der Patient ein blaues LED-Licht an seine Haut hält. Wird das Licht ausgeknipst, stoppt die Medikamentenzufuhr. „Es ist noch ein langer Weg, bevor eine solche Therapie für Patienten möglich wird. Sie würde ihnen erlauben, ihren Blutzuckerspiegel besser zu kontrollieren. Außerdem könnten so Nebenwirkungen reduziert werden, da der Wirkstoff gezielt dort freigesetzt werden kann, wo er benötigt wird“, sagt Dr. Hodson vom Imperial College London. Allerdings muss der Prototyp JB253 noch seine blutzuckersenkende Wirkung im Tiermodell zeigen.

    Publikation: Nature Communications
    (14.10.2014)

  • Magnetische Supraleiter - Vereinte Gegensätze
     LMU-Chemiker haben erstmalig einen ferromagnetischen Supraleiter entdeckt, der chemisch modifizierbar ist und umfassende Studien dieses seltenen Phänomens ermöglicht. Supraleitung und Ferromagnetismus – die „normale“ Form des Magnetismus, wie sie etwa in Hufeisenmagneten auftritt – schließen sich normalerweise aus: Ferromagneten sind magnetisch, weil in ihrem Inneren ein starkes Magnetfeld vorliegt. Supraleiter dagegen verdrängen Magnetfelder aus ihrem Inneren. LMU-Chemikern ist es nun gelungen, diese Gegensätze zu überwinden: „Wir haben eine neue Verbindung synthetisiert, die als ferromagnetischer Supraleiter beide Eigenschaften in sich vereint“, sagt Professor Dirk Johrendt vom Department Chemie, „dieser Erfolg ist ein wichtiger Fortschritt, der der Forschung ganz neue Möglichkeiten eröffnet“.

    Dass Supraleitung und Ferromagnetismus in einem Material gemeinsam vorkommen, ist sehr selten und wurde bisher fast nur bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt – also bei etwa minus 273°C – beobachtet. „Die von uns synthetisierte schichtartige Verbindung (Li,Fe)OH(FeSe) hat den großen Vorteil, dass sie auch bei höheren Temperaturen funktioniert, die im Labor leichter handhabbar sind“, sagt Johrendt.

    Die neue Verbindung besteht aus zwei unterschiedlichen Schichten, die abwechselnd aufeinander folgen: Einer supraleitenden Eisenselenid-Schicht (FeSe) und einer ferromagnetischen Lithium-Eisen-Hydroxid-Schicht (Li,Fe)OH. Wird die Verbindung auf Temperaturen unterhalb von minus 230°C abgekühlt, entsteht zunächst Supraleitung in der Eisenselenid-Schicht. Bei etwas tieferen Temperaturen erzeugen die Eisenatome in der Lithium-Eisen-Hydroxid-Schicht zusätzlich einen ferromagnetischen Effekt, ohne dass die Supraleitung verschwindet.

    In Kooperation mit Physikern der Technischen Universität Dresden und des Paul-Scherrer-Instituts in Villingen (Schweiz) konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass das von der ferromagnetischen Schicht ausgehende Magnetfeld den Supraleiter durchdringt - und zwar spontan und ohne äußeren Einfluss. Dieser neue Zustand der Materie wird als spontane Vortex-Phase bezeichnet. In bestimmten Supraleitern kann zwar durch ein von außen angelegtes Magnetfeld ein ferromagnetischer Effekt erzeugt werden, aber die wenigen bisher bekannten Stoffe mit dieser Eigenschaft waren chemisch kaum modifizierbar und konnten wegen der erforderlichen extrem niedrigen Temperaturen nur mit großem Aufwand untersucht werden. „Unser neues Material bietet erstmalig gute Möglichkeiten, die Koexistenz von Supraleitung und Ferromagnetismus chemisch zu beeinflussen, sodass in Zukunft umfassendere Studien dieses faszinierenden Phänomens möglich werden“, schließt Johrendt.

    Publikation: Angewandte Chemie 2014
    (13.10.2014)

  • Antibiotikaresistenz - Die Abwehrstrategie der Bakterien
    Elektronenmikroskopische Bilder zeigen in bisher unerreichter Auflösung, welche strukturellen Veränderungen im bakteriellen Ribosom bei der Resistenzbildung gegen das Antibiotikum Erythromycin auftreten. Multiresistente Krankheitserreger, die auf kein Antibiotikum mehr ansprechen, gehören zu den größten Herausforderungen in der Medizin. Wie sich Resistenzen gegen Antibiotika entwickeln, ist ein Forschungsschwerpunkt des LMU-Biochemikers Daniel Wilson. Mithilfe kryo-elektronenmikroskopischer Bilder in bisher unerreichter Auflösung konnte Wilson mit seinem Team nun neue Einblicke in die Resistenzbildung gegen das Antibiotikum Erythromycin gewinnen, wie die Wissenschaftler im Fachjournal Molecular Cell berichten. “Ein besseres Verständnis dieser Mechanismen ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg, neue, wirksame Antibiotika zu entwickeln”, sagt Wilson.

    Erythromycin entfaltet seine Wirkung, indem es an den bakteriellen Proteinfabriken – den Ribosomen – andockt und die Herstellung neuer Proteine verhindert. Aber Bakterien können sich mithilfe sogenannter Resistenzgene wehren, die sie entweder von Natur aus besitzen oder durch Mutationen oder den Austausch mit anderen Bakterien erwerben können. „Die für die Resistenzbildung notwendigen Gene werden aber nur aktiviert, wenn sie auch benötigt werden. Dabei spielen Signalpeptide eine wichtige Rolle“, sagt Wilson. Verrät ein Signalpeptid die Anwesenheit von Erythromycin, hält das Ribosom die weitere Proteinherstellung zunächst an. Dieser Stopp ermöglicht eine Strukturänderung in der Boten-mRNA, die die ansonsten unzugänglichen Resistenzgene für die Zellmaschinerie erreichbar und aktivierbar machen.

    Strukturänderungen ebnen Resistenzgenen den Weg

    „Wie die Signalpeptide auf struktureller Basis mit dem Antibiotikum interagieren und das Ribosom kurzfristig stoppen, war bisher weitgehend unbekannt“, sagt Wilson. Für das Signalpeptid ErmBL konnten die Wissenschaftler vor Kurzem zeigen, dass ErmBL nicht direkt mit Erythromycin interagiert, aber in dessen Anwesenheit eine spezielle Struktur annimmt, die das aktive Zentrums des Ribosoms hemmt. „Da es neben ErmBL weitere Signalpeptide gibt, hat uns nun interessiert, ab sie alle diesen Mechanismus nutzen, oder ob es Unterschiede gibt“, erklärt Wilson. Für ihre neue Studie kam den Wissenschaftlern ein großer technischer Fortschritt zugute: „Mithilfe eines neuen Detektors haben wir die Auflösung unserer elektronenmikroskopischen Bilder von 4.5 Å auf 3.5 Å verbessert. Dadurch werden bisher unzugängliche Details sichtbar“, sagt Wilson. Dabei zeigte sich, dass das Signalpeptid ErmCL einen komplett anderen Mechanismus als ErmBL nutzt. Im Gegensatz zu ErmBL interagiert es direkt mit dem Antibiotikum. In der Folge kommt es zu Strukturänderungen direkt im aktiven Zentrum des Ribosoms, die das aktive Zentrum deformieren und dafür sorgen, dass es kein Substrat mehr binden kann. „Ein besseres Verständnis dieser Mechanismen kann zukünftig bei der Entwicklung neuer wirksamer Antibiotika helfen“, ist Wilson überzeugt. Als einen ersten Schritt auf diesem Weg wollen die Wissenschaftler die Auflösung der kryo-elektronenmikroskopischen Aufnahmen weiter steigern und auch andere durch Wirkstoffe gestoppte Ribosomen untersuchen.
     
    Publikation: Molecular Cell 2014
    (10.10.2014)

  • Chinese Scholarship Program
    You can find more informations here.
    (01.01.2014)

Wichtige Sitzungstermine finden Sie unter dem Punkt Aktuelle Termine.
Weitere Meldungen 2014
  • Krebstherapie - Empfänglich für den Zelltod
    LMU-Forscher haben eine neue Substanzklasse entdeckt, die Krebszellen für die Chemotherapie sensibilisiert. Zugleich haben sie eine neue Zielstruktur bei Krebszellen gefunden, an der Medikamente angreifen können. Ein Forscherteam um Professor Angelika Vollmar von der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und Professor Stephan Sieber von der TU München (TUM) hat eine neue Klasse von Substanzen identifiziert, die bei der Therapie von Tumoren hilfreich sein können. Die nicht-toxische Verbindung sensibilisiert Krebszellen für eine Chemotherapie, sodass bestehende Resistenzen verringert werden. An dem interdisziplinären Team waren Wissenschaftler der LMU, TUM und der Uni Saarbrücken beteiligt. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher aktuell in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie – International Edition.

    Bei der Krebsbekämpfung mithilfe von Chemotherapeutika besteht die Gefahr, dass Krebszellen Resistenzen entwickeln. „Eine Möglichkeit, das zu umgehen, ist, Chemotherapeutika zusammen mit Verbindungen zu verabreichen, die die Krebszellen gegen die Medikamente sensibilisieren und einen programmierten Zelltod auslösen“, sagt Angelika Vollmar, Inhaberin des Lehrstuhls „Pharmaceutical Biology“ an der LMU.

    In interdisziplinärer Zusammenarbeit haben die Wissenschaftler eine neue Substanzklasse (T8) entdeckt, die verschiedene Krebszellen gegen das Arzneimittel Etoposid sensibilisieren, das in der Chemotherapie eingesetzt wird, um das Wachstum der Krebszellen zu hemmen. „Der interdisziplinäre Ansatz und die enge Zusammenarbeit von Chemikern und Biologen war für unseren Erfolg entscheidend“, sagt Vollmar. Den Forschern ist es auch gelungen, eine neue Zielstruktur zu identifizieren, die Proteindisulfidisomerase (PDI), die für viele zelluläre Funktionen eine Rolle spielt. Hier greifen die Verbindungen der neuen Substanzklasse an.

    Ein Vorteil der neuen Verbindung ist, dass sie alleine nicht toxisch und ihre Wirkweise reversibel ist. Nur in Verbindung mit einem Chemotherapeutikum entfaltet sie ihre Wirkung: „Die Kombination einer subtoxischen Konzentration von Etoposid und der neuen T8-Verbindungen führt zu erhöhten Raten programmierten Zelltods“, sagt Vollmar.

    Diesen Wirkmechanismus konnten die Wissenschaftler in verschiedenen biologischen und chemischen Laborstudien belegen. „Unsere Studien zeigen, dass T8 eine vielversprechende Verbindung ist, um eine Vielzahl verschiedener Krebszellen für Chemotherapeutika zu sensibilisieren.“ Die Forscher haben die neue Verbindung unter anderem an Leukämiezellen und Brustkrebszellen getestet. „Unser nächstes Ziel ist es, zum einen die Substanzklasse weiter zu optimieren und in unterschiedlichen Tumormodellen in vivo zu testen, zum anderen die Substanz als chemisches Werkzeug zu nutzen, um mehr über die Bedeutung der PDI als Tumor-Target zu lernen.“ Bei ihren Arbeiten wurden die Forscher von der Wilhelm-Sander-Stiftung sowie der DFG unterstützt.

    Publikation:  Angewandte Chemie - International Edition

    (30.09.2014)

  • Defekter Ionenkanal begünstigt Fettleber
    LMU-Pharmokologen haben nachgewiesen, dass ein defekter Ionenkanal zur Entstehung der nichtalkoholischen Fettlebererkrankung (NAFLD) beiträgt. Langfristig könnten sich dadurch neue therapeutische Optionen eröffnen. In Zellen herrscht reger Frachtverkehr: Der ununterbrochene Im- und Export von Molekülen sowie deren Umsatz innerhalb der Zelle sind für alle Lebensfunktionen essentiell. In der Leber etwa sind Transport und Stoffwechsel des LDL-Cholesterol wichtig für die Regulierung des Cholesterolspiegels im Blut. „Defekte im Cholesterolstoffwechsel führen zur  nichtalkoholischen Fettlebererkrankung (NAFLD), die durch eine erhöhte Fettspeicherung in der Leber – die sogenannte Fettleber - charakterisiert ist und das Risiko erhöht, an Leber- oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu sterben“, sagt Dr. Christian Grimm vom Lehrstuhl Pharmakologie für Naturwissenschaften (Leitung Professor Martin Biel), der nun im Tierversuch zeigen konnte, dass der Verlust bestimmter Kationenkanäle besonders anfällig für NAFLD macht.

    Cholesteroldiät für neues Mausmodell

    Wie zahlreiche andere Makromoleküle wird LDL-Cholesterol durch das sogenannte endolysosomale System in die Zelle geschleust und verstoffwechselt: Spezielle Vesikel, die Endosomen, importieren das LDL-Cholesterol in die Zelle. Dort fusionieren sie mit Lysosomen, in denen das LDL-Cholesterol mithilfe von Verdauungsenzymen abgebaut wird. „Obwohl die grundsätzlichen Vorgänge des Cholesterolstoffwechsels gut untersucht sind, ist immer noch weitgehend unbekannt, welche Moleküle den LDL-Transport und die Fusionsprozesse im endolysosomalen System regulieren“, erklärt Grimm.

    Besonders interessante Kandidaten in diesem Zusammenhang sind sogenannte TPC2-Kationenkanäle, die möglicherweise das für die Fusion von Endosom und Lysosom benötigte Kalzium bereit stellen. Deshalb untersuchten die Wissenschaftler mithilfe eines neuen Mausmodells, welche physiologische Rolle TPC2 bei der Cholesterolverarbeitung spielt und was auf Organismusebene passiert, wenn dieser Kanal ausgeschaltet wird. Dabei zeigte sich: Mäuse mit defektem TPC2-Kanal reicherten rasch Cholesterol in der Leber und im Blutplasma an, wenn sie cholesterolreiches Futter erhielten. Dadurch entwickelten sie sehr viel schneller eine Fettleber beziehungsweise NAFLD als gesunde Kontrolltiere.

    Cholesterolstau in der Zelle

    Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass der Verlust von TPC2 zu Defekten beim Cholesteroltransport und der Cholesterolverarbeitung in der Zelle führt. Die Wissenschaftler konnten nachweisen, dass TPC2 mit sogenannten SNARE-Proteinen interagiert, die unter anderem bei Fusionsprozessen in Nervenzellen eine wichtige Rolle spielen. „Daher vermuten wir, dass TPC2 vor allem die Fusion der Endosomen mit den Lysosomen reguliert oder verstärkt. Funktioniert dieser Prozess nicht mehr, akkumuliert das LDL-Cholesterol, weil es in den Lysosomen nicht abgebaut werden kann“, sagt Grimm.

    Die erhöhte Anfälligkeit der TPC2 defekten Mäuse für NAFLD ist klinisch hoch interessant, da NAFLD in Westeuropa und den Vereinigten Staaten die häufigste chronische Lebererkrankung ist. In Studien wird geschätzt, dass bis zu 30% aller Erwachsenen in diesen Ländern an NAFLD leiden. In einem nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler untersuchen, ob der Verlust von TPC2 auch zu Atheriosklerose führt oder diese beschleunigt und damit das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen weiter erhöht. „Langfristig gesehen könnte TPC2 ein attraktives Zielmolekül für neue Therapeutika sein. Wenn es gelänge, synthetische Moleküle zu entwickeln, die den Kanal aktivieren, wäre dies für die Behandlung von NAFLD beziehungsweise zur Prävention von kardiovaskulären Folgeerkrankungen sehr interessant“, sagt Christian Wahl-Schott, Professor am Lehrstuhl für Pharmakologie der Naturwissenschaften.

    Synthetische Moleküle aktivieren verwandten Ionenkanal

    Etwas weiter fortgeschritten auf diesem Weg ist Grimms Team in Bezugauf den sogenannten TRPML1-Kationenkanal, der zur selben Proteinfamilie wie der TPC2-Kanal gehört und ebenfalls eine wichtige Funktion im endolysosomalen System hat: Wie die Wissenschaftler vor kurzem im Journal Nature Communications berichteten, gelang es ihnen in Zusammenarbeit mit dem LMU-Pharmazeuten Professor Franz Bracher, synthetische Moleküle zu entwickeln, mit denen defekte TRPML1-Kanäle in Zellversuchen in bestimmten Fällen wieder aktiviert werden können. TRPML1-Kanäle regulieren den Kationenhaushalt und den pH-Wert im Lysosom und sind für dessen korrekte Funktion essentiell. Mutierte TRPML1-Kanäle verursachen die seltene Stoffwechselkrankheit Mukolipidose Typ IV, die das Nervensystem beeinträchtigt; die meisten Patienten können weder sprechen noch alleine gehen. Bisher ist die Krankheit nicht therapierbar, daher stellen die neu entwickelten synthetischen Moleküle einen viel versprechenden Ansatz für neue Therapiemöglichkeiten dar.

    Die Arbeiten wurden im Rahmen des Exzellenzclusters „Center for Integrated Protein Science Munich“ (CIPSM) durchgeführt und werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Transregio/SFB 152 „Steuerung der Körperhomöostase durch TRP-Kanal-Module“ gefördert.

    Publikation: Nature Communications, 2014
    (22.08.2014)

  • Neue Recycling-Methode - Der Fingerabdruck von Kunststoffen
    LMU-Forscher haben neue Wege für das Recyceln von Kunststoffen entwickelt. Mithilfe ihres Verfahrens können unterschiedliche Polymere automatisch sortiert und dadurch besser wiederverwertet werden. LMU-Forscher um Professor Heinz Langhals vom Department Chemie sind der Lösung des Müll-Problems einen Schritt näher gekommen. Sie haben ein Verfahren entwickelt, mit dem Plastik effizienter maschinell sortiert werden und dadurch besser wiederverwertet werden kann. Dabei nutzen sie die fluoreszierenden Eigenschaften von Plastik. „Kunststoffe leuchten nach einem Lichtimpuls in einem genau bestimmbaren Zeitverlauf. Ihre Fluoreszenzabklingzeiten sind sehr charakteristisch, wie ein Fingerabdruck“, sagt Langhals. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher aktuell in der Fachzeitschrift Green and Sustainable Chemistry.

    Bei der neuen Methode, die inzwischen zum Patent eingereicht ist, werden die kleinen Plastikpartikel kurz angeblitzt. Sensoren messen im Anschluss, wie lange und mit welcher Intensität das Material nach dem Lichtimpuls leuchtet. Unterschiedliche Polymermaterialien können so anhand ihrer spezifischen Fluoreszenzabklingzeiten identifiziert werden. „Bei diesem Verfahren können Messfehler fast ausgeschlossen werden, da immer dieselbe Zeitkonstante erfasst wird, wie zum Beispiel auch beim radioaktiven Zerfall“, erklärt Langhals.


    Eine Funktionsjacke aus PET-Flaschen

    Im Gegensatz zur Wiederverwertung von Metallen, deren Materialqualität beim Recyceln oftmals sinkt, können Kunststoffe effizient aufbereitet werden. „Polymere bilden eine interessante Basis für einen technologischen Stoffkreislauf. Die wichtigste Voraussetzung dafür ist ein sortenreines Material. Dann lassen sich zum Beispiel PET-Trinkflaschen relativ einfach sogar zu einer Funktionsjacke recyceln“, sagt Langhals.

    Technische Polymere werden zu einem überwiegenden Teil als Thermoplasten, das heißt durch Aufschmelzen und Formen im Spritzgießverfahren, gebildet. Beim erneuten Einschmelzen der Kunststoffe verschlechtern sich jedoch die Materialeigenschaften erheblich, wenn nicht sortenrein sortiert wurde. Bereits bei fünf Prozent Fremdmaterial sinkt die Qualität des recycelten Kunststoffs. Grund für das „Downcycling“ ist, dass sich Polymere in der Regel nicht mischen lassen und eine hohe Unverträglichkeit mit anderen Kunststoffen aufweisen. Das Vermischen unterschiedlicher Sorten beim Einschmelzen führt daher oft zu einer Kornbildung und damit zu einer schlechteren Qualität des recycelten Produkts. Hochwertige Kunststoffe werden aus diesem Grund ausschließlich bei der Herstellung – und nicht beim Recycling – gewonnen.

    Das könnte sich mit der neuen Methode der LMU-Forscher ändern. „Die Lösung des Müllproblems ist nur auf chemischem Weg möglich. Unser Verfahren kann in erheblichen Maß zum Umweltschutz beitragen, da es ein automatisches Sortieren ermöglicht“, sagt Langhals. Im Extremfall könnten über die Messung der Fluoreszenzabklingzeiten je Sortierlinie bis zu 1,5 Tonnen Plastik pro Stunde identifiziert und sortiert werden. Mit diesen Mengen erfülle das Verfahren bereits die Erfordernisse der Großindustrie.

    Publikation: Green and Sustainable Chemistry, 2014
    (20.08.2014)

  • Stoffwechselkrankheit - Öffner für defekte Kanäle
    Mutierte Ionenkanäle verursachen die seltene Stoffwechselkrankheit Mukolipidose Typ IV. LMU-Wissenschaftler entwickelten nun ein synthetisches Molekül, das den Defekt in Zellversuchen beheben kann. Mukolipidose Typ IV ist eine seltene Stoffwechselkrankheit, die das Nervensystem beeinträchtigt; die meisten Patienten können weder sprechen noch alleine gehen. Sie kann auch zu Augenleiden wie der Netzhautdegeneration führen. Charakteristisch für Mukolipidose Typ IV ist, dass sich große Biomoleküle und Schwermetalle in bestimmten zellulären Organellen, den Lysosomen, anreichern, weil sie dort nicht adäquat abgebaut und ausgeschieden werden können. Die Ursache sind Mutationen in einem Gen, das für sogenannte TRPML1-Kanäle codiert. „Diese Ionenkanäle regulieren den Kationenhaushalt und den pH-Wert im Lysosom und sind für dessen korrekte Funktion essentiell“, sagt der LMU-Pharmakologe Dr. Christian Grimm, dem es mit seinem Team nun gelang, ein synthetisches Molekül zu entwickeln, das defekte TRPML1-Kanäle in Zellversuchen in bestimmten Fällen aktivieren kann.

    Bisher sind etwa 20 verschiedene Mutationen des TRPML1-Gens bekannt. „ Für bestimmte Mutationen – nämlich solche, bei denen der Kanal zwar defekt, aber grundsätzlich vorhanden ist und am richtigen Ort sitzt – ist es vorstellbar, den Kanal zu reaktivieren“, sagt Grimm, „Ziel unseres Projektes war es, derartige Mutationen zu identifizieren und für die Aktivierung geeignete niedermolekulare Verbindungen zu entwickeln, sogenannte small molecules“. Dieser Ansatz, von dem die Wissenschaftler nun im Fachjournal Nature Communications berichten, ist auch medizinisch relevant, weil Mukolipidose bisher nicht behandelbar ist.

    Tatsächlich fanden die Wissenschaftler drei Mutationen, die für eine Behandlung mit small molecules in Frage kommen. Zunächst untersuchte Grimm, ob die entsprechenden Kanäle durch Zugabe ihres natürlichen Bindungspartners wieder durchgängig gemacht werden können. Dabei zeigte sich aber, dass die mutierten Kanäle von ihren natürlichen Bindungspartnern nicht mehr angesteuert werden können. „Deshalb entwickelten wir einen synthetischen Bindungspartner, das small molecule MK6-83“, erzählt Grimm. Mit diesem Molekül hatten die Wissenschaftler Erfolg: Bei zwei der drei identifizierten Mutationen konnten in Zellen menschlicher Mukolipidose-Patienten die defekten Kanäle mit MK6-83 erfolgreich aktiviert werden.

    „Damit stellt MK6-83 einen viel versprechenden Kandidaten für neue Therapieansätze dar. Vermutlich funktioniert das synthetische Molekül besser als der natürliche Bindungspartner von TRPML1, weil es an einer anderen Stelle des TRPML1-Kanals ansetzt – nämlich viel näher an der Pore als der natürliche Bindungspartner, PI(3,5)P2“, sagt Grimm. Sein nächstes Ziel ist es nun, MK6-83 auch in transgenen Mausmodellen, die die entsprechenden TRPML1-Mutationen tragen, zu untersuchen.
    Publikation: Nature Communications 2014
    (14.08.2014)

  • Pyrotechnik - Grün ohne Gift
    LMU-Chemiker haben eine neue chemische Formulierung für grüne Flammen gefunden. Sie ist ökologisch unbedenklich und von bislang unerreichter Farbreinheit. Grüne Signalfackeln enthalten zwei toxische Stoffe: den grünen Farbgeber Bariumnitrat und Kaliumperchlorat als Oxidationsmittel. Chemikern um Professor Thomas M. Klapötke, Inhaber des Lehrstuhls für Anorganische Chemie und energetische Materialien an der LMU, haben nun erstmals eine ungiftige chemische Alternative gefunden, die sogar eine bislang unerreichte Farbreinheit ermöglicht. Darüber berichten die Wissenschaftler aktuell in der Fachzeitschrift Chemical Communications.

    „Bislang ging man davon aus, dass es nicht möglich ist, grüne Farbe ohne die Anwesenheit von metallhaltigen Oxidatoren herzustellen“, sagt Thomas M. Klapötke. Dabei steht Barium im Verdacht, krebserregend zu sein. Auch die verwendeten Chlordonatoren sind hochgiftig. Um eine mögliche gesundheitliche Belastung beim Tragen von grünen Signalfackeln zu vermeiden, wird daher schon lange nach Alternativen gesucht. Vor drei Jahren haben US-Wissenschaftler eine Formulierung mit Borcabid und Kaliumnitrat vorgeschlagen. „Diese Mischungen hatten aber eine relativ niedrige Farbreinheit, so dass das Grün ausgewaschen wirkte“, sagt Klapötke.

    Zusammen mit Dr. Jesse Sabatini von der US-Army (ARDEC) haben die LMU-Chemiker nun eine neue ungiftige chemische Formulierung für grüne Flammen gefunden. Basis ist Borcabid als Farbgeber und TNEB (Trinitroethylborat) als Oxidator, das an der LMU vor einigen Jahren entwickelt wurde. Die so erzeugten grünen Flammen weisen eine Farbreinheit von 85 Prozent auf. Das ist deutlich mehr als das Grün in bislang erhältlichen Signalfackeln, das bei 65 Prozent liegt. „Das ist das grünste Grün, das je auf pyrotechnischer Basis produziert wurde“, sagt Magdalena Rusan von der LMU.

    „Auch die extrem niedrige Schlag- und Reibeempfindlichkeit machen die neue chemische Formulierung interessant“, sagt Thomas M. Klapötke. In weiteren Versuchen soll nun getestet wird, wie empfindlich die neue Mischung auf Feuchtigkeit reagiert.

    Publikation: (Chemical Communications (accepted 05 Jul 2014, first published online 07 Jul 2014))
    (24.07.2014)

  • Entwässern mit Blaulicht
    LMU-Wissenschaftlern ist es gelungen, das Entwässerungsmittel Amilorid mit einem Lichtschalter auszustatten, der durch blaues Licht aktiviert wird. Die neue Methode erlaubt es erstmals, die Funktion bestimmter Natriumkanäle mit Licht zu steuern. Entwässerungsmittel – sogenannte Diuretika – werden in der Medizin häufig eingesetzt, etwa zur Behandlung von Herzschwäche und Bluthochdruck. Ein bekanntes Diuretikum ist Amilorid, das auf sogenannte Epitheliale Natriumkanäle (ENaCs) wirkt. ENaCs sind Natriumkanäle in der Zellmembran, die in verschiedenen Epithelgeweben den Wassertransport regulieren, aber auch im zentralen Nervensystem vorkommen, wo deren Funktion bislang unbekannt ist. Dirk Trauner, Professor für Chemische Biologie und Genetik an der LMU, ist es mit seinem Team und Kollegen der Justus Liebig Universität Gießen nun gelungen, Amilorid mit einem Photoschalter zu versehen, der neue Einblicke in die Funktion dieser Kanäle erlaubt.

    Wenn das chemisch modifizierte Amilorid an einen ENaC andockt, können wir den ursprünglich blinden Kanal durch Lichtreize gezielt steuern“, sagt Matthias Schönberger, der Erstautor der im Journal Nature Chemistry veröffentlichten neuen Studie. Blaues Licht aktiviert das Photoamilorid, sodass der ENaC blockiert wird. Durch Ausschalten des Lichtes oder durch Bestrahlung mit grünem Licht wird das Molekül wieder deaktiviert, sodass der Kanal geöffnet ist und Natrium-Ionen in die Zelle strömen können. Auf diese Weise kann der Kanal beliebig oft geöffnet und geschlossen werden.

    Verschiedene Kanäle gezielt ansprechbar

    Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass das neue Photoamilorid sowohl in amphibischen Zellen als auch in menschlichen embryonalen Nierenzellen und einem Zellmodell für das menschliche Lungenepithel funktioniert. Dabei stellte sich heraus, dass der neuen Wirkstoff besonders auf eine bestimmte ENaC-Variante wirkt, die sich je aus einer delta-, beta-, und gamma-Untereinheit zusammensetzt. Gerade diese Variante konnte bisher mangels geeigneter Methoden nur unzureichend untersucht werden. „Wir haben nun erstmals ein Werkzeug zur Verfügung, welches uns ermöglicht, gezielt diese Kanalvariante zu erforschen“, erklärt Schönberger.

    Derzeit wird spekuliert, dass Delta-ENaCs möglicherweise bei neuronalen Krankheiten eine Rolle spielen, indem sie zu viele Natriumionen in die Zelle strömen lassen, sodass die Neuronen unkontrolliert feuern. „Das ist aber alles noch sehr hypothetisch. Vor allem weil Delta-ENaCs nur bei Primaten vorkommen, was ihre Untersuchung generell, aber vor allem im Gehirn erschwert. Deshalb sind wir sehr froh, dieses erste selektive Tool zu haben“, sagt Schönberger.

    Das neue Photoamilorid hat sich somit als nützliches Werkzeug erwiesen, um ENaCs erstmal mit Licht zu steuern und gezielt verschiedene ENaC-Varianten anzusprechen. Somit könnte es dazu beitragen, deren Rolle in unterschiedlichen Geweben – etwa im Gehirn – aufzuklären. „Darüber hinaus könnte unser Photoamilorid/ENaC-System genutzt werden, um Zellen über die Steuerung des Natriumflusses gezielt zu polarisieren, d.h. ihre elektrische Ladung zu beeinflussen. Auf dieser Basis ließen sich zum einen optische Screening-Plattformen für spannungsgesteuerte Ionenkanäle entwickeln. Zum anderen bietet die Methode neue Möglichkeiten, die auf Zellpolarisation beruhende zelluläre Kommunikation zu untersuchen“, schließt Trauner.

    Publikation: Nature Chemistry 2014
    (21.07.2014)

  • Pyrotechnik - Neue chemische Mischung für blaue Flammen entdeckt
    Blau leuchtende Feuerwerkskörper enthalten bislang hochtoxische Chemikalien. LMU-Chemikern ist es erstmals gelungen, die blaue Farbgebung ohne Chlor zu erreichen. Bei einem blauleuchtenden Feuerwerk denken die wenigsten daran, dass die Farbe nur mithilfe hochgiftiger Chemikalien möglich ist. „Es ist sehr schwierig, blaue Flammen zu erzeugen. Traditionell werden sie durch Kupfer oder Kupferverbindungen in Kombination mit einer Chlor-Quelle erreicht. Bei hoher Verbrennungstemperatur reagiert das Chlor mit dem Kupfer zu Kupfer(I)chlorid (CuCl). Lange Zeit hat man geglaubt, dass CuCl die einzige Quelle ist, um blaues Licht zu erzeugen“, sagt Thomas M. Klapötke, Inhaber des Lehrstuhls für Anorganische Chemie und energetische Materialen an der LMU. Dass dies nicht der Fall ist, konnte Klapötke mit Kollegen nun erstmals zeigen: Das Team um den LMU-Chemiker hat in Zusammenarbeit mit Dr. Jesse Sabatini von der US Army (ARDEC) erstmals eine chlorfreie chemische Formulierung gefunden, um blaues Licht in Pyrotechnika zu erzeugen. Darüber berichten die Forscher aktuell in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie. Traditionell dienen Ammoniumperchlorat, Kaliumperchlorat oder andere Chlor-Donatoren als Quelle für das Chlor in blauleuchtenden Pyrotechnika. “Diese Chemikalien sind für die Schilddrüse sehr giftig. Außerdem führt der Abbrand polychlorierter organischer Materialien wie Poly(vinyl)chlorid zur Bildung von polychlorierten Biphenylen (PCBs), polychlorierten Dibenzo-p-dioxinen (PCDDs) und polychlorierten Dibenzofuranen (PCDFs). Diese sind hochtoxisch und krebserregend“, sagt Klapötke.

    Noch reineres Blau

    Das Team um den LMU-Chemiker hat nun erstmals einen umweltfreundlichen Ersatz für Perchlorate und chlorierte organische Verbindungen in pyrotechnischen Mischungen gefunden. „Wir haben Perchlorat vollständig eliminiert. Stattdessen basiert die Mischung auf der Erzeugung von Kupfer(I)iodid (CuI), das stark im blauen Bereich emittiert“, sagt Thomas M. Klapötke. Das so erzeugte blaue Licht erreicht auf der spektralen Skala sogar ein reineres Blau als die bisher verwendeten Mischungen.

    „Die Mischung ist zudem unempfindlich und leicht zu handhaben“, sagt Klapötke. Ganz ungefährlich ist die Alternative nicht: „Im Extremfall entstehen polyiodierte Biphenyle beim Abbrand. Sie sind aber toxikologisch weit weniger relevant als Chlor. Sie werden zum Beispiel als Kontrastmittel bei radiologischen medizinischen Untersuchungen eingesetzt.“

    Pyrotechnische Mischungen, die für blaue Flammen sorgen, werden vor allem in Feuerwerken verwendet. „Unser neuer chlorfreier Farbgeber könnte die Herstellung von Feuerwerken und blauleuchtenden Signalfackeln der US Army und Navy revolutionieren. Sie ermöglicht es, umweltfreundlichere Pyrotechnika zu produzieren“, sagt Klapötke.

    Publikation: (Angewandte Chemie)
    (10.07.2014)

  • Hochenergetische Materialien - Umweltfreundliche Alternative für Bleiazid
    In Munition und Zündmitteln wird derzeit das giftige Bleiazid verwendet. LMU-Chemiker haben einen neuen primären Explosivstoff entwickelt, der ohne das toxische Schwermetall auskommt. Als wäre ihre Sprengkraft nicht genug, haben primäre Explosivstoffe noch weitere zerstörerische Folgen: Die beiden heute vorwiegend verwendeten primären Explosivstoffe Bleiazid und Bleistyphnat enthalten das giftige Schwermetall Blei, das langfristig zu erheblichen Kontaminationen von Böden führt und krebserzeugend ist. Die Arbeitsgruppe von Professor Thomas M. Klapötke am Department für Chemie der LMU hat nun einen neuen primären Explosivstoff entwickelt, der frei von Schwermetall ist. Darüber berichten die Forscher aktuell in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie.

    „Unser neuer Explosivstoff K2DNABT enthält das ökologisch und toxikologisch vollkommen unbedenkliche Element Kalium. In seiner Schlag-, Reibe- und elektrostatischen Empfindlichkeit steht er dem Bleiazid in nichts nach wie unsere Experimente im Labor gezeigt haben“, sagt Klapötke.

    Giftiger Staub

    Primäre Explosivstoffe initiieren Sprengladungen. Durch ihre Zündung, die mechanisch ausgelöst werden kann, wird eine Schockwelle erzeugt, in dessen Folge der sekundäre Explosivstoff detoniert. Das Bleiazid setzt sich bei diesem Prozess in Blei um und wird als Staub freigesetzt. „Pro Zündung sind das nur Milligramm, aber die schädliche Wirkung ist eine Frage der Konzentration. Auf Truppenübungsplätzen sind die Umweltschäden am stärksten, da hier über Jahrzehnte Blei freigesetzt wird und sich in der Umwelt akkumuliert“, sagt Klapötke. Auch die Soldaten und Angestellten, die die Waffensysteme bedienen und reinigen, sind dem Gift ausgesetzt. „Studien der US-Army zeigen, dass Militärangehörige, die die Waffen und vor allem die Truppenübungsplätze reinigen, höhere Bleiwerte im Körper haben als Vergleichspersonen, die keinen Kontakt zu den Explosivstoffen haben.“

    Primäre Explosivstoffe mit Bleiazid werden zivil und militärisch genutzt. „In der Polizei-Munition, im Bergbau und für Sprengarbeiten wird derzeit noch meist Bleiazid als Explosivstoff verwendet“, sagt Klapötke. „In den USA werden nach Angaben der US-Army jährlich zehn Millionen Einheiten, von Patronen bis zu Detonatoren, die Bleiazid enthalten, produziert. Alleine im militärischen Bereich werden in den USA 750 Pfund Bleiazid jährlich verwendet.“

    Erste experimentelle Detonationsversuche im Labor mit dem neuen Explosivstoff K2DNABT und Computerberechnungen haben gezeigt, dass er in seiner Leistung das Bleiazid übertrifft. „Wir gehen davon aus, dass er eine hohe Langzeitstabilität hat, also über viele Jahre gelagert werden kann. Das wäre ein Vorteil gegenüber DBX-1, einer Kupferverbindung, die als Alternative zu Bleiazid entwickelt wurde, aber ihre Sprengkraft mit der Zeit verlieren kann“, sagt Kapötke. In einem nächsten Schritt planen die Forscher größere Mengen der Verbindung herzustellen und außerhalb des Labors zu testen.

    Publikation: Angewandte Chemie
    (03.07.2014)

  • Leitfähige Nanoröhren aus einem Guss
    Im Elektroauto ohne Aufladen einmal quer durch Deutschland? Die Industrie setzt dafür auf die Entwicklung leistungsfähiger Lithium-Schwefel-Akkus. LMU-Chemiker stellen jetzt ein Material vor, das Schwefel besonders gut bindet und so die Speicherkapazität der Batterien verbessern könnte.Ob wir in Zukunft alle mit Elektroautos über die Straßen schnurren, hängt vor allem von der Entwicklung neuer Batterien ab. Große Hoffnung setzt die Industrie auf Lithium-Schwefel-Akkus, die eine sehr hohe Speicherkapazität besitzen. Zudem sind sie durch die Schwefelkomponente günstiger und ungiftiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Doch Schwefel hat einen Nachteil. Es nimmt Elektronen vom Lithium gut auf, aber transportiert sie schlecht weiter. Wissenschaftler versuchen daher, das Element an besonders leitfähige Kohlenstoff-Nanofasern zu binden.

    Viele Poren für den Schwefel

    Thomas Bein, Professor für Physikalische Chemie an der LMU und Koordinator des Bereichs Energiekonversion bei der Nanosystems Initiative Munich (NIM), und seine Mitarbeiter haben jetzt neuartige Nanofasern hergestellt, die durch viele hochgeordnete Poren eine außergewöhnlich große Gesamtoberfläche besitzen. Bei einem Stück dieses Materials von der Größe eines Zuckerwürfels wäre das die Fläche von mehr als sieben Tennisplätzen.

    „Eine große Oberfläche ist wichtig, damit der Schwefel an der Elektrode feinverteilt gebunden werden kann und effizienter für weitere elektrochemische Prozesse während der Lade- und Entladezyklen zur Verfügung steht. Hierbei sind entscheidende Reaktionen des Schwefels mit einem zusätzlichen Elektrolyten, an denen Elektronen und Ionen beteiligt sind, enorm von der gegebenen Oberfläche abhängig“, erklärt Benjamin Mandlmeier, Erstautor und Post-Doktorand am Lehrstuhl von Thomas Bein.

    Das Geheimrezept der Nanofasern

    Neue Ausgangsstoffe und ein raffiniertes Herstellungsverfahren sind das Geheimrezept des neuen Materials. Ähnlich wie im Metallguss nehmen die Chemiker einen Abdruck von einer Vorlage aus kommerziell erhältlichen, aber nicht porösen Fasern. Die so gewonnenen Formen füllen sie anschließend mit einer speziellen Mischung aus Kohlenstoff, Siliziumdioxid und einem Tensid. Das Ganze wird bei 900 °C gebrannt und die Gussform und das Siliziumdioxid am Ende weggeätzt. Durch dieses Verfahren schrumpfen die Röhren und damit die Poren nicht so stark wie beim Brennen ohne Gussform und die ganze Faser bleibt stabiler.

    „In nanostrukturierten Materialien steckt noch ein großes Potenzial, um Energie effizienter umzuwandeln und zu speichern“, erklärt Thomas Bein. „Wir arbeiten unter anderem mit Kollegen im Bayerischen SolTech-Netzwerk auch in Zukunft intensiv daran, die Möglichkeiten solcher Strukturen zu entschlüsseln und nutzbar zu machen.“

    Publikation: Chem. Mater., 2014 - accepted May 03, 2014
    (30.06.2014)

  • Klausur- und Praktika-Anmeldungen
    Ab sofort sind wieder Anmeldungen zu Klausuren und Praktika möglich. Weitere Informationen finden Sie
    auf der Anmeldeseite. Beachten Sie bitte auch die Belegungsfunktion bei den Veranstaltungen im LSF!
    (27.06.2014)

  • LED-Leuchtstoffe - Neues Rot für schöneres Weiß
    LMU-Chemiker entwickeln einen neuartigen roten Leuchtstoff, der weiße LED-Lampen heller macht. Der neu entdeckte rote Leuchtstoff verbessert die Farbwiedergabe weißer Leuchtdioden.  Einem Team von Wissenschaftlern um Wolfgang Schnick, Inhaber des Lehrstuhls für Anorganische Festkörperchemie an der LMU, ist es in Kooperation mit Dr. Peter Schmidt von der Philips Technologie GmbH Aachen gelungen, ein neues Material für Leuchtdioden zu entwickeln.„Seine außergewöhnlichen Leuchteigenschaften könnten den LED-Markt revolutionieren“, sagt Schnick. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher aktuell in der Fachzeitschrift Nature Materials.

    Nach dem EU-Verbot von Glühlampen, die nur wenige Prozent der elektrischen Energie in Licht verwandeln, gelten Leuchtdioden (LEDs) als Lichtquelle der Zukunft. Sie erzeugen Licht durch Anregung von Elektronenübergängen in halbleitenden Festkörpern. Im Gegensatz zu den umstrittenen Energiesparlampen, die giftiges Quecksilber enthalten, sind sie ökologisch unbedenklich und zudem sehr effizient, senken also den Energieverbrauch.

    Jede LED kann immer nur eine Lichtfarbe erzeugen. Schnick und sein Team haben jedoch bereits zuvor den technologischen Durchbruch geschafft, neuartige Leuchtstoffe zu entwickeln, die blaues Licht von LEDs in alle Farbkomponenten des sichtbaren Spektrums umwandeln, insbesondere in solche im roten Spektralbereich. Durch Farbmischung kann so weißes Licht in sehr hoher Qualität erzeugt werden. Für diese Entwicklung wurden sie 2013 für den Deutschen Zukunftspreis nominiert.

    Neuer Leuchtstoff mit großem Potenzial

    Weißes Licht wird erzeugt, indem einfarbige blaue LEDs mit verschiedenen keramischen Leuchtstoffen beschichtet werden. Diese können einen Teil des blauen Lichts absorbieren und in allen anderen Farben des sichtbaren Spektrums von Cyan bis Rot emittieren. Durch Mischung aller dieser Farbkomponenten entsteht dann weißes Licht. Hierbei werden allerdings extreme Anforderungen an die Leuchtstoffe gestellt. Sie brauchen nämlich eine hohe thermische Belastbarkeit und müssen mit sehr hoher Effizienz arbeiten.

    „Bei kommerziell erhältlichen Weißlicht-LEDs muss man sich bisher noch zwischen möglichst hoher Effizienz und ausreichender Farbwiedergabe entscheiden“, sagt Schnick. Begrenzender Faktor sind hierbei vor allem die eingesetzten rot emittierenden Leuchtstoffe, da sie in besonderer Weise die Farbwiedergabe beeinflussen. Auch die Industrie hat seit vielen Jahren großen Bedarf an neuen Leuchtstoffen, deren Emissionen den tiefroten Spektralbereich abdecken, um höchste Effizienz und hervorragende Farbwiedergabe in Einklang zu bringen.

    Das nun von Schnick, Schmidt und ihren Kollegen neu entdeckte nitridische Material Sr[LiAl3N4] zeigt nach gezielter Zugabe des Seltenerdmetalles Europium intensive und außergewöhnlich schmalbandige Lumineszenz im Roten bei Wellenlängen von etwa 650 nm und einer Halbwertsbreite von nur 50 nm. Erste LED-Prototypen mit diesem Leuchtstoff zeigten dabei im Vergleich zu handelsüblichen Weißlicht-LEDs eine um 14 % erhöhte Lichtausbeute bei trotzdem brillanter Farbwiedergabe. „Dieses neuartige Material übertrifft im Hinblick auf die einzigartigen Lumineszenzeigenschaften alle bisher für LEDs verwendeten tiefrot emittierenden Leuchtstoffe und zeigt sehr großes Potenzial für die industrielle Anwendung“, sagt Schnick.

    Wissenschaftler am Lumileds Development Center Aachen (Philips Technologie GmbH) um Dr. Peter Schmidt sind derzeit damit beschäftigt, den neuen roten Leuchtstoff für die Produktion tauglich zu machen. Ihr Ziel ist es, den Weg zur nächsten Generation von helleren, energieeffizienteren weißen LEDs mit bester Farbwiedergabequalität zu ebnen.

    Publikation: Nature Materials 2014
    (23.06.2014)

  • Durchbruch in der Informationstechnologie
    Physiker beobachten erstmals fast hundertprozentige Spinpolarisation bei Raumtemperatur – Grundlage für extrem leistungsfähige Spintronik-Bauteile. Es ist ein Durchbruch, auf den Physiker und Chemiker weltweit lange gehofft hatten und der die Informationstechnologie in den nächsten Jahren maßgeblich beeinflussen dürfte: Wissenschaftlern der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz (JGU) ist es in Zusammenarbeit mit theoretischen Physikern und Chemikern der LMU und des Max-Planck-Instituts für Chemische Physik fester Stoffe (MPI-CPfS) in Dresden zum ersten Mal gelungen, die halbmetallische Eigenschaft einer Heusler-Verbindung direkt zu beobachten.

    Heusler-Materialien bestehen aus mehreren metallischen Elementen in einer Gitterstruktur. Sie zählen zu den Kandidaten für neue Werkstoffe, um noch kleinere Datenspeicher mit noch höheren Speicherdichten zu bauen. In den letzten Jahren waren allerdings Zweifel aufgekommen, ob Heusler-Materialien diese Erwartungen tatsächlich erfüllen würden. Die Wissenschaftler konnten nun zeigen, dass sich für die Heusler-Verbindung Co2MnSi die erforderlichen elektronischen Eigenschaften nachweisen lassen. Die Beobachtungen legen den Grundstein für die künftige Entwicklung außerordentlich leistungsfähiger Bauteile in der Spintronik auf Basis von Heusler-Materialien. Anwendungen ergeben sich zum Beispiel für Festplatten-Leseköpfe oder für nichtflüchtige Speicherelemente.

    Elektronen sind die Ladungsträger in Metallen und Halbleitern. Sie besitzen aber nicht nur eine Ladung, die für die konventionelle Elektronik entscheidend ist, sondern auch ein magnetisches Moment, den Spin, vorstellbar als eine Art Eigendrehung des Elektrons um die eigene Achse. Spinbasierte Elektronik, auch „Spintronik“ genannt, wird allgemein als Informationstechnologie der Zukunft angesehen, für deren optimale Leistungsfähigkeit allerdings neuartige Materialien erforderlich sind. Eine entscheidende Größe ist dabei die Spinpolarisation, das heißt der Grad der parallelen Ausrichtung der am Ladungstransport beteiligten Spins. Das Wunschmaterial sollte eine möglichst hohe Spinpolarisation aufweisen, also möglichst viele Elektronen sollen sich in die gleiche Richtung ausrichten.

    Den Mainzer Physikern ist nun der erste direkte experimentelle Nachweis einer nahezu vollständigen Spinpolarisation bei Raumtemperatur für die intermetallische Heusler-Verbindung Co2MnSi gelungen. „Es gibt viele theoretische Hinweise auf die elektronischen Eigenschaften der Heusler-Verbindungen, aber bisher konnte kein einziges Experiment eine hundertprozentige Spinpolarisation bei Raumtemperatur bestätigen“, erklärt Martin Jourdan von der JGU, rstautor der Studie. Für sehr tiefe Temperaturen von minus 269 Grad Celsius hatten sich entsprechende Hinweise schon erhärtet. Entscheidend für die spätere praktische Anwendung ist außerdem ein weiterer Befund, den die Wissenschaftler an der Verbindung Co2MnSi – bestehend aus Kobalt, Mangan und Silicium – nachgewiesen haben, nämlich dass die hohe Spinpolarisation an der Oberfläche des Materials auftritt.

    Claudia Felser, Direktorin am MPI-CPfs, die das Forschungsfeld der halbmetallischen Heusler-Materialien vor 15 Jahren etabliert hat, sieht diese Arbeit als einen lang erhofften Durchbruch an. „Endlich gelang der direkte experimentelle Nachweis der hundertprozentigen Spinpolarisation, ein wichtiger Meilenstein in Richtung neuer Spintronik-Devices“, sagt Felser.

    Der erfolgreiche Nachweis beruht auf einer außerordentlich präzisen Herstellung der Probe. Dazu muss in der Kristallstruktur der Heusler-Verbindung eine perfekte atomare Ordnung erreicht werden. Dieser besonders hohe Ordnungsgrad genau an der Oberfläche des Materials wird in Mainz mithilfe der Dünnschichtpräparation in einer Ultrahochvakuumkammer erzeugt. Die Spinpolarisation wird dann mit Photoelektronenspektroskopie gemessen und konnte in Zusammenarbeit mit Theoretikern der LMU und des MPI-CPfS durch eine besondere Kombination von Volumen und Oberflächeneigenschaften der Verbindung erklärt werden.

    „Dies ist nicht nur ein Durchbruch bei der Suche nach neuen Materialien für die Spintronik, sondern auch im Hinblick auf die Kooperation zwischen Theorie und Experiment“, so Jourdan. „Wir konnten zeigen, dass perfekt hergestellte Materialien auch tatsächlich die Eigenschaften besitzen, die theoretisch vorhergesagt werden.“ Heusler-Materialien werden weltweit, insbesondere aber in Japan, Deutschland und den USA beforscht.

    Bei der aktuellen Studie steuerten die LMU-Physikochemiker PD Dr. Jan Minar, Professor Jürgen Braun und Professor Hubert Ebert das theoretische Rüstzeug bei: „Die spektroskopischen Berechnungen wurden im Rahmen des sogenannten Einstufenmodells durchgeführt“, sagt Minar aus der Gruppe von Hubert Ebert, in der das zugrundeliegende Programm entwickelt wurde. „Eine derartige Kombination aus elektronischer Strukturrechnung und theoretischer Photoemission erlaubt einen direkten Vergleich mit den entsprechenden experimentellen Daten, was wiederum wesentlich zum Verständnis der gemessenen hundertprozentigen Spinpolarisation beiträgt.“

    Publikation: Nature Communications 2014

    (12.06.2014)

  • Campuslieferdienst – Der Aufsatzlieferdienst der LMU
    Aufsätze aus Büchern und Zeitschriften der Universitätsbibliothek, als PDF direkt auf Ihren Rechner geliefert – diesen Service bietet die Universitätsbibliothek allen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der LMU kostenlos an! Melden Sie sich dazu einfach im Online-Katalog (OPAC) mit der Kennung Ihres Bibliotheksausweises an und rufen Sie das gewünschte Buch oder die gewünschte Zeitschrift auf; wählen Sie dann unter „Bestellung / Verfügbarkeit“ die Option „Campuslieferdienst“. Der bestellte Aufsatz wird Ihnen innerhalb von drei Werktagen per Mail zugeschickt.

    Weitere Informationen finden Sie hier.
    (04.06.2014)

  • Oberflächenphysik - Weg von der Insel
    Ein Forscherteam stellt erstmals die Desorption von Sauerstoff auf einer Silberoberfläche bildlich dar. Die gezeigten Effekte widerlegen bisherige einfache Vorstellungen von Desorptionsprozessen. Bei heterogen katalysierten Reaktionen, die an der Grenzfläche zwischen einem Festkörper und der Gasphase ablaufen, müssen die gebildeten Produkte am Ende von der Oberfläche des Festkörpers desorbieren. Dies ist zum Beispiel beim Abgaskatalysator eines Autos der Fall. Einer Gruppe von Wissenschaftlern um Professor Joost Wintterlin von der LMU, Professor Sebastian Günther von der TUM und Dr. Andrea Locatelli vom Syncrotron Elettra in Triest ist es erstmals gelungen, einen solchen Desorptionsvorgang mikroskopisch sichtbar zu machen. Ihre Ergebnisse erklären, warum bisherige Berechnungen von Desorptionsraten häufig fehlerhaft sind. Darüber berichten sie aktuell in der Fachzeitschrift Nature Communications.
     
    Bei der heterogenen Katalyse werden Moleküle durch eine chemische Reaktion auf der Oberfläche eines Metalls, eines Oxids oder eines anderen Festkörpers gebildet und verlassen dann die Oberfläche. Bisher galt dieser letzte Schritt, im Gegensatz zu den komplizierten anderen Oberflächenprozessen, als relativ einfach. Die Moleküle nehmen demnach thermische Energie vom Festkörper auf und desorbieren, sobald diese Energie die Bindungsenergie an die Oberfläche übersteigt, in einem rein statistischen Prozess, der nur von der Anzahl der Moleküle abhängt. „In einer Vielzahl von Fällen stimmen die nach diesem Modell berechneten Desorptionsraten aber nicht mit den gemessenen überein“, sagt Joost Wintterlin.
     
    Darstellung im Nanometerbereich

    Günther, Wintterlin und ihre Kollegen konnten mit ihren Untersuchungen nun zeigen, dass die räumliche Verteilung der Moleküle bei der Desorption wichtig ist. Für ihre Experimente nutzte das Forscherteam ein sogenanntes LEEM (LEEM steht für „low energy electron microscopy“), mit dem Oberflächen mit einer Auflösung im Nanometerbereich abgebildet werden können. Das LEEM funktioniert ähnlich wie ein normales Elektronenmikroskop, nur werden die energiereichen Elektronen, kurz bevor sie auf die Probenoberfläche treffen, auf niedrige Energien abgebremst. Mit dieser Mikroskopietechnik gelang es den Forschern, die Desorption von Sauerstoff von einer Silberoberfläche zu verfolgen.
     
    „Es zeigte sich, dass die Sauerstoffschicht bei der Desorption in viele kleine Inseln zerfällt“, sagt Sebastian Günther. Die Atome desorbieren ausschließlich von den Rändern dieser Inseln, deren Größenverteilung von der Vorbehandlung des Silberkristalls abhängt. „Solche Effekte erklären die scheinbar unverständliche Desorptionsrate. Sie spielen vermutlich auch bei vielen anderen Desorptionsprozessen von Oberflächen eine Rolle und könnten unsere Vorstellungen von den Vorgängen auf Katalysatoroberflächen verändern“, sagt Günther.
     
     
    Publikation:
    Sebastian Günther, Tevfik Onur Menteş, Miguel Angel Niño, Andrea Locatelli, Sebastian Böcklein, Joost Wintterlin
    Desorption kinetics from a surface derived from direct imaging of the adsorbate layer
    In: Nature Communications Mai 2014
    (28.05.2014)

  • Stammzellen-Forschung - Neuer Schalter im Erbgut gefunden
    Kleine Veränderungen im Erbgut spielen bei der Differenzierung von Stammzellen in unterschiedliche Zelltypen eine wichtige Rolle. LMU-Wissenschaftler entschlüsselten nun die Herkunft eines modifizierten DNA-Bausteins.
     
    Jede Zelle enthält alle in der DNA festgelegten Erbinformationen, aber meistens ist nur ein Bruchteil davon in Gebrauch. Welche Gene aktiv sind und welche abgeschaltet werden, entscheidet eine zweite Informationsebene, die über die bloße Abfolge der DNA-Bausteine – der Nukleinbasen - hinausgeht: Auf dieser epigenetischen Ebene wird die DNA durch chemische Modifikationen verändert. Dadurch wird die Genaktivität reguliert und die Ausbildung spezifischer zellulärer Funktionen ermöglicht.
    Auch für die Differenzierung von Stammzellen spielen DNA-Modifikationen eine wichtige Rolle: „Im Genom von Stammzellen wurden mehrere neue DNA-Basen gefunden, die aus chemischen Modifikationen der bekannten DNA-Bausteine hervorgehen und von denen angenommen wird, dass sie für die Entscheidung wichtig sind, in welchen Zelltyp sich die Stammzelle verwandelt“, sagt Professor Thomas Carell vom Department Chemie der LMU.  Alle bisher entdeckten neuen Basen beruhen auf Veränderungen der Standard-Base Cytosin. An deren Modifikation sind sogenannte Tet-Enzyme entscheidend beteiligt, wie Carell bereits in der Vergangenheit zeigen konnte.
     
    Oxidation reguliert Genaktivität

    Nun konnte Carells Gruppe in Kooperation mit LMU-Kollegen sowie Wissenschaftlern aus Berlin, Basel und Utrecht erstmals nachweisen, dass in embryonalen Stammzellen der Maus auch eine zweite DNA-Base modifiziert vorliegt – und wieder ist Tet beteiligt: „Tet-Enzyme oxidieren im Rahmen der Entwicklung von Stammzellen hin zu spezialisierten Geweben auch die Base Thymidin, wie wir mithilfe hochempfindlicher massenspektrometrischer Methoden nachweisen konnten. Dabei entsteht Hydroxymethyluracil, von dem bisher fälschlicherweise ein anderer Entstehungsweg angenommen wurde“, erklärt Carell.
     
    Die genaue Funktion von Hydroxymethyluracil ist bisher unbekannt. Mit einer neuartigen Methode zur Identifikation von Proteinen, die chemische Signale auf der DNA „lesen“ können, konnten die Wissenschaftler aber bereits zeigen, dass es spezifische Proteine in der Zelle gibt, die Hydroxymethyluracil erkennen und so zu einer Regulation von Genaktivität beitragen können. „Wir hoffen, dass es mithilfe der neuen Erkenntnisse möglich wird, die Differenzierung von Stammzellen zu beeinflussen – also gezielt bestimmte Zellen entstehen zu lassen“, sagt Carell, „ein Traum wäre es, wenn man aus differenzierten Körperzellen eines Tages komplette neue Organe erzeugen könnte“.

    Publikation:
    Tet oxidizes thymine to 5-hydroxymethyluracil in mouse embryonic stem cell DNA
    Toni Pfaffeneder, Fabio Spada, Mirko Wagner, Caterina Brandmayr, Silvia Laube, David Eisen, Matthias Truss, Jessica Steinbacher, Benjamin Hackner, Olga Kotljarova, David Schuermann, Stylianos Michalakis, Olesea Kosmatchev, Stefan Schiesser, Barbara Steigenberger, Nada Raddaoui, Gengo Kashiwazaki, Udo Müller, Cornelia G Spruijt, Michiel Vermeulen, Heinrich Leonhardt, Primo Schär, Markus Müller & Thomas Carell, Nature Chemical Biology 2014, Doi: 10.1038/nchembio.1532
     
    Kontakt:  Prof. Dr. Thomas Carell,  www.carellgroup.de
    (21.05.2014)

  • Tanz der Elektronen
    Eine DFG-Forschergruppe aus Chemikern und Physikern untersucht den Elektronentransfer mithilfe spezieller Laser. Die bisherigen Ergebnisse geben der bioanorganischen Forschung starke Impulse. Nun wurde der Forschungsverbund verlängert. Die Übertragung von Elektronen und Sauerstoff sind elementare Reaktionen, die trotz intensiver Studien immer noch nicht vollständig verstanden sind. Hier setzt seit dem Jahr 2011 die Arbeit der DFG-Forschergruppe „Dynamik von Elektronentransferprozessen an Übergangsmetallzentren in biologischen und bioanorganischen Systemen“ an. „In der bioanorganischen Kupferchemie ist es unserer Gruppe seither gelungen, wesentlich zur Aufklärung der katalytischen Funktion der Tyrosinase beizutragen“, sagt Professor Sonja Herres-Pawlis vom Department Chemie der LMU. Die LMU-Professorin ist nun zusammen mit Professor Gerald Henkel von der Universität Paderborn Sprecherin der Forschungsgruppe. Die Förderung durch die DFG wurde um drei Jahre verlängert, damit die hochschulübergreifenden Forschungsarbeiten fortgeführt werden können.

    „Unsere Forschergruppe nutzt die weitreichenden Möglichkeiten von Laser- und Synchrotron-basierten Strahlungsquellen, um den Elektronen- und Sauerstofftransfer in der Natur aufzuklären“, sagt Herres-Pawlis. Im Mittelpunkt der Forschung stehen zeitaufgelöste Messungen, die sich mit konventionellen Strahlungsquellen bislang nicht realisieren ließen. Die Wissenschaftler untersuchen an chemischen Modellsystemen für essentielle Kupferproteine, wie die Elektronen innerhalb der Moleküle übertragen werden. Die Arbeiten finden unter anderem am Deutschen Elektronen-Synchrotron am Center of Free Electron Laser Science in Hamburg statt, wo Arbeitsgruppen um Professor Michael Rübhausen und Professor Henry Chapman ebenfalls an der Forschergruppe beteiligt sind.

    „Die Studien am neuartigen freien Elektronenlaser erlauben den Durchbruch auf dem Gebiet der Erforschung dynamischer Eigenschaften auf der Zeit- und Längenskala atomarer Bewegungen“, sagt Herres-Pawlis. Zu den bisherigen Studien sind mehrere Veröffentlichungen, unter anderem in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie, erschienen. „Sie konnten der bioanorganischen Forschung im Bereich der Metalloenzyme starke Impulse geben“, sagt Herres-Pawlis.

    An der interdisziplinären Forschergruppe sind neben Professor Sonja Herres-Pawlis von der LMU und Professor Gerald Henkel von der Universität Paderborn des Weiteren Professor Matthias Bauer, Dr. Uwe Gerstmann und Professor Wolf Gero Schmidt von der Universität Paderborn beteiligt.
    (09.05.2014)

  • Lichtwellen ermöglichen bevorzugten Bindungsbruch in symmetrischen Molekülen
    Ein internationales Wissenschaftlerteam hat eine Kontrollmöglichkeit gefunden, mit Hilfe von Lichtwellen eines Femtosekundenpulses selektiv C-H Bindungen in symmetrischen Kohlenwasserstoffmolekülen zum Schwingen und Brechen zu bringen. Chemische Bindungen zwischen Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen gehören zu den stärksten in der Natur. Für die chemische Synthese und die Entwicklung neuer biologisch-aktiver Moleküle ist es von großem Interesse, insbesondere in symmetrischen Molekülen, diese Bindungen selektiv zu brechen. Am Beispiel von Acetylen-Ionen hat jetzt ein internationales Wissenschaftlerteam gezeigt, dass dies mit ultrakurzen Lichtpulsen maßgeschneiderter Wellenform möglich ist. Die Forscher fanden heraus, dass sie durch Variation der Pulsform steuern können, welche der beiden C-H Bindungen des symmetrischen H-C≡C-H Moleküls bricht. In ihrer Veröffentlichung (Nature Communications, DOI:10.1038/ncomms4800) erklären sie ihre Ergebnisse mit einem neuen Quantenkontrollmechanismus, der auf der Kombination lichtinduzierter Schwingungen beruht.

    Kohlenwasserstoffe spielen eine bedeutende Rolle in der organischen Chemie, der Verbrennung und der Katalyse. Der selektive C-H Bindungsbruch könnte neue Perspektiven für die Synthese von Molekülen mit neuartigen Funktionalitäten und Anwendungen in der Medizin eröffnen. Bisher gab es vor allem für symmetrisch aufgebaute Moleküle kein Verfahren, das diesen Prozess ermöglicht hätte. Prof . Ali Alnaser (Amerikanische Universität Sharjah, VAE) , der sein Forschungsfreisemester in der Abteilung von Prof. Ferenc Krausz am Max-Planck-Institut  für Quantenoptik (MPQ) im Rahmen einer Kollaboration zwischen dem MPQ, der King-Saud Universität (KSU) und der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) verbracht hat, konnte dieses Problem zusammen mit einem Physikerteam unter der Leitung von Prof. Matthias Kling (LMU) mit Hilfe ultrakurzer Lichtpulse lösen. Mitentscheidend für den Erfolg der Experimente war die Erzeugung der Lichtpulse mit einer hohen Wiederholrate von zehntausend Pulsen pro Sekunde in der Gruppe von Prof. Ulf Kleineberg (LMU), wodurch die Messzeiten gegenüber bisher verfügbaren Systemen reduziert werden konnten. Theoretische Arbeiten aus der Gruppe von Prof. Regina de Vivie-Riedle (LMU) erklären im Einzelnen, welche Vorgänge in der Wechselwirkung von Laserpuls und Molekül zu diesem Effekt führen.

    Originalveröffentlichung:

    A.S. Alnaser, M. Kübel, R. Siemering, B. Bergues, Nora G. Kling, K.J. Betsch, Y. Deng, J. Schmidt,
    Z.A. Alahmed, A.M. Azzeer, J. Ullrich, I. Ben-Itzhak, R. Moshammer, U. Kleineberg, F. Krausz, R.
    de Vivie-Riedle, and M.F. Kling
    Sub-femtosecond Steering of Hydrocarbon Deprotonation through Superposition of Vibra-
    tional Modes
    Nature Communications, DOI:10.1038/ncomms4800, 8. Mai 2014
    (08.05.2014)

  • Virale Infektionen - Verräterische Muster
    LMU-Wissenschaftler konnten in lebenden Zellen kartieren, wie virale RNA vom angeborenen Immunsystem erkannt wird. Viren-infizierte Zellen werden von ihren Eindringlingen zur Produktion viraler Proteine gezwungen. Dazu schleusen die Viren RNA-Moleküle als Bauanleitung für die Proteine in ihren Wirt. Zur Abwehr der ungebetenen Gäste besitzen Zellen spezielle Sensoren: Bestimmte Proteine, sogenannte RIG-I like Rezeptoren (kurz RLRs) können körperfremde RNA erkennen und das angeborene Immunsystem zur Abwehr der fremden Moleküle aktivieren. „Aus in vitro Versuchen weiß man, dass die RLRs bestimmte RNA-Muster erkennen. Bisher war es aber unklar, wie RLRs – insbesondere der MDA5 Rezeptor - virale RNA in lebenden Zellen erkennt“, sagt Professor Karl-Peter Hopfner vom Genzentrum der LMU.

    Stabile Bindung durch UV-Licht

    Hopfners Team benützte in Zusammenarbeit mit Forschungsgruppen um Karl-Klaus Conzelmann und Johannes Söding (beide LMU) sowie Adolfo García-Sastre (Mount Sinai Hospital, New York) nun eine spezielle experimentelle Strategie, mit der Protein-RNA Komplexe aus virus-infizierten Zellen isoliert und untersucht werden können: Da die Bindung zwischen RLR-Protein und RNA-Bindungspartner normalerweise nur sehr schwach ist, stabilisierten die Wissenschaftler diese Interaktion, indem sie mit dem Masernvirus infizierte Zellen mit einem photoaktivierbarem RNA-Bestandteil fütterten, der dann in neu gebildete virale RNA eingebaut wird. „Wenn sich nun Proteine in unmittelbarer Nähe zu dieser veränderten RNA befinden, kann durch Bestrahlung der Zellen mit UV Licht eine stabile Bindung zwischen dem Protein und der RNA induziert werden“, sagt Hopfner.

    Die so entstandenen Protein-RNA-Komplexe wurden anschließend aus der Zelle isoliert, das Protein abgetrennt und die Zusammensetzung der RNA mit Hilfe von Deep Sequencing ermittelt. „So konnten wir genau feststellen, mit welchen Elementen der viralen RNA die Rezeptoren interagieren, was Aufschlüsse gibt, wie RLRs körperfremde RNA detektieren und was diese von endogener RNA unterscheidet“, erklärt Hopfner.

    Als Ergebnis konnten die Wissenschaftler zeigen, dass die RLRs RIG-I und MDA5 auch in lebenden, mit dem Masernvirus infizierten Zellen bestimmte Teile der viralen RNA detektieren. Masern-Viren, aber auch zahlreiche andere Erreger wie etwa das Tollwut-Virus, besitzen ein RNA Genom. Das bedeutet, dass das Erbmaterial im Virus nicht in Form von DNA sondern direkt als RNA zur Verfügung steht, das entweder direkt oder erst nach der Synthese eines Botenmoleküls, der komplementären Boten-RNA (mRNA), in Proteine übersetzt wird.

    Virensensoren erkennen bestimmte RNA-Bereiche

    „Während RIG-I wie in vitro auch in vivo bevorzugt bestimmte Muster an den ungeschützten Enden verschiedener viraler RNAs erkennt, detektiert MDA5 überraschenderweise nur bestimmte Regionen innerhalb viraler mRNA und offensichtlich nicht auf dem viralen Genom“, sagt Hopfner. Diese Regionen unterscheiden sich außerdem in ihrer Zusammensetzung von den restlichen viralen RNAs, was auf einen Zusammenhang zwischen dem Aufbau der RNA und der Erkennung durch MDA5 schließen lässt.

    Im nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler die Interaktion von RLRs mit weiteren Viren untersuchen, um die Grundlagen der Erkennung körperfremder RNAs durch RLRs noch detaillierter zu erforschen. Auf diese Weise wollen sie besser verstehen, warum verschiedene Viren unterschiedlich gut vom menschlichen Immunsystem erkannt werden und wie RLR assoziierter Autoimmunkrankheiten - wie etwa der rheumatoiden Arthritis - entstehen. Beides könnte in der Zukunft dazu beitragen, neue therapeutische Strategien zu entwickeln.  

    Publikation: In vivo ligands of MDA5 and RIG-I in measles virus infected cells, Simon Runge, Konstantin M. J. Sparrer, Charlotte Lässig, Katharina Hembach, Alina Baum, Adolfo García-Sastre, Johannes Söding, Karl-Klaus Conzelmann, Karl-Peter Hopfner PloS Pathogens 2014

    Kontakt: Prof. Dr. Karl-Peter Hopfner Genzentrum Tel. +49 (0) 2180 76953 Fax. +49 (0) 2180 76999 E-Mail: hopfner@genzentrum.lmu.de
    (22.04.2014)

  • Kältemittel in PKWs: Klimaanlage mit hochgiftigem Potenzial
    Angenehme Temperatur, aber hochgiftig: Das neue Kältemittel R1234yf für Klimaanlagen in Autos setzt im Brandfall das hochgiftige Carbonylfluorid frei. LMU-Chemiker fordern, die Risiken des Kältemittels neu zu bewerten. Das neue Kältemittel R1234yf soll laut EU-Vorgaben für Auto-Klimaanlagen genutzt werden. LMU-Chemiker haben jetzt nachgewiesen, dass es beim Verbrennen das hochgiftige Carbonylfluorid bildet. „Es war schon länger bekannt, dass R1234yf beim Verbrennen den Giftstoff Fluorwasserstoff freisetzt. Mit unserer Analyse konnten wir nun nachweisen, dass 20 Prozent der Brandgase aus dem noch giftigeren Carbonylfluorid bestehen“, sagt Andreas Kornath, Professor für Anorganische Chemie an der LMU München. Über die Ergebnisse der Analyse berichten Kornath und seine Kollegen aktuell in der Zeitschrift für Naturforschung.  

    Carbonylfluorid ist ein Abkömmling des Kampfstoffs Phosgen, der im ersten Weltkrieg eingesetzt wurde. Bereits Fluorwasserstoff (Flusssäure) ist stark ätzend und so giftig, dass eine handtellergroße Verätzung zum Tod führen kann. Das Gift bindet das Kalzium im Körper, was Herzversagen auslöst, wenn kein Gegenmittel aufgetragen wird. Carbonylfluorid ist noch toxischer, da es leichter in den Körper eindringen kann. Es reizt die Augen, Haut und Atemwege. Wird Carbonylfluorid eingeatmet, kann es schlimmstenfalls die Lungenbläschen verätzen, in den Blutkreislauf eindringen und zum Tod führen.  

    Aufgrund von Vorgaben der EU sind die Autohersteller verpflichtet, neue Kältemittel für die PKW-Klimaanlagen zu verwenden. Das bisherige Kältemittel R134a ist in der EU seit dem Jahr 2011 in neuen Autotypen verboten, da es zur Klimaerwärmung beiträgt. In Deutschland ist das neue Kältemittel R1234yf bereits seit Längerem umstritten. Es gab bereits von verschiedenen Institutionen und auch Autoherstellern Tests, in denen festgestellt wurde, dass sich R1234yf bei Unfällen entzünden kann, und bei denen der Austritt von Flusssäure nachgewiesen wurde.  

    „Bisherige Risikoanalysen der Hersteller des neuen Kältemittels haben Carbonylfluorid jedoch ignoriert. Angesichts unserer Ergebnisse regen wir an, die Risiken des Kältemittels R1234yf neu zu bewerten“, sagt Kornath.  

    Kontakt: Prof. Dr. Andreas Kornath, Dept. Chemie der LMU München, Tel.: 089-2180-77481, E-Mail: andreas.kornath@cup.uni-muenchen.de

    Publikation: Michael Feller, Karin Lux, Christian Hohenstein, Andreas Kornath: Structure and Properties of 2,3,3,3-Tetrafluoropropene (HFO-1234yf) In: Zeitschrift für Naturforschung 2014, 69b, 379,  DOI: 10.5560/ZNB.2014-4017
    (08.04.2014)

  • Photopharmakologie Lichtschalter gegen Schmerz und Blindheit
    Von LMU-Wissenschaftlern entwickelte molekulare optische Schalter können Nervenzellen gezielt beeinflussen. Dies eröffnet der Medizin auf vielen Gebieten neue Chancen – etwa in der Schmerztherapie oder auch bei bestimmten Sehstörungen.  Alle Sinneseindrücke beruhen auf der Kommunikation zwischen Nervenzellen. Bei der Signalübertragung von Zelle zu Zelle spielen in die Zellwand eingebaute Neurorezeptoren eine entscheidende Rolle. Diese zellulären Kommunikationsschnittstellen über Licht steuerbar zu machen und so künstlich zu beeinflussen, ist das Ziel von Dirk Trauner, Professor für Chemische Biologie und Genetik an der LMU. „Wir kombinieren dabei synthetische molekulare Schalter, die auf Licht reagieren, mit natürlichen Rezeptoren“, sagt Trauner. „Diese hybriden Fotorezeptoren machen dann die entsprechenden Nervenzellen für Licht ansprechbar – langfristig wollen wir so neue Behandlungsmöglichkeiten bei Fehlfunktionen des Nervensystems etablieren“. Gleich zwei neue Studien berichten nun über wichtige Fortschritte auf diesem Weg, und zwar bei Sehstörungen und beim Schmerzsinn.

    Synthetisches Opioid gegen den Schmerz


    Um Schmerzen zu unterdrücken, sind schon seit Jahrtausenden Substanzen mit morphinartigen Eigenschaften, sogenannte Opioide, in Gebrauch. Auch körpereigene „Schmerzmittel“ wie Endorphine gehören zu dieser Substanzgruppe. Trauner und seinem Team ist es nun gelungen, die Schlüsselschalter der Schmerzwahrnehmung – die Opioidrezeptoren – durch Licht steuerbar zu machen, indem sie das synthetische Opioid Fentanyl chemisch modifizierten. Fentanyl wird von Medizinern als Narkose- oder als extrem starkes Schmerzmittel benutzt. Dockt das modifizierte Fentanyl an einen Opiodrezeptor an, kann diese ursprünglich blinde molekulare Maschine durch Lichtreize gezielt aktiviert oder deaktiviert werden, wie die Wissenschaftler im Journal Angewandte Chemie berichten.

    Das Geheimnis aller optischen Schalter liegt in ihrer besonderen Struktur: Die synthetischen Schalter aus Trauners Labor enthalten eine charakteristische chemische Doppelbindung, an der sich das Molekül abhängig von der Wellenlänge des Lichts strecken oder abknicken kann. „Licht ist sehr genau kontrollierbar, sodass wir die Zellen ganz gezielt ansprechen können. Außerdem ist die Reaktion reversibel“, erläutert Trauner die Vorteile der Methode.

    „Dieser Erfolg ist besonders spannend, weil Opioidrezeptoren zur großen Familie der sogenannten G-Protein-gekoppelten Transmembranrezeptoren (GPCRs) gehören, die einen Großteil der pharmazeutischen Zielmoleküle ausmachen“, sagt Matthias Schönberger, der Erstautor der Studie. „Die Möglichkeit einen Opioidrezeptor mit Licht zu steuern, wird nun neue Einblicke in diese ausgesprochen wichtige Rezeptorklasse liefern und stellt eine Chance für neuartige Schmerztherapien dar.“

    Überbrückung für defekte Sehzellen

    Auch die Sehpigmente in den Zapfen und Stäbchen der Netzhaut gehören zu den GPCR und sind die einzigen Vertreter dieser Familie, die von Natur aus auf Licht reagieren. Sind die Fotorezeptoren im Auge defekt, kann der Lichtreiz nicht aufgenommen werden – die Folge sind Sehstörungen und bestimmte Formen erblicher Blindheit. Wissenschaftler der US-amerikanischen Universität Berkeley und Dirk Trauner konnten nun erstmals defekte Fotorezeptoren mithilfe eines synthetischen Schalter quasi kurzschließen und die – immer noch funktionsfähigen – Nervenzellen, die den Fotorezeptoren nachgeschaltet sind, direkt lichtsensitiv machen.

    „Wir konnten bereits vor einiger Zeit zeigen, dass das sogenannte AAQ-Molekül Nervenzellen lichtsensitiv macht, indem es Ionenkanäle in den Nervenzellen beeinflusst“, sagt Trauner. Ihm gelang es nun, eine verbesserte Variante des AAQ-Schalters herzustellen. Die Wissenschaftler in Berkeley konnten mit diesem DENAQ genannten Molekül im Mausmodell nachweisen, dass es eine blinde Retina tatsächlich wieder für Licht empfänglich machen kann, wie die Forscher im Journal Neuron berichten. „DENAQ ist klinisch wesentlich relevanter als AAQ, weil es spezifisch bestimmte Ionenkanäle beeinflusst, die bei der Weiterleitung von Lichtreizen im Auge eine wichtige Rolle spielen“, sagt Trauner. Zudem reagiert es anders als AAQ auf Wellenlängen des Lichts, die gewöhnlichem Tageslicht entsprechen. „Möglicherweise kann dieser Ansatz in der Zukunft helfen, bei bestimmten Formen der Blindheit das Augenlicht wieder herzustellen.“

    „Grundsätzlich sind noch viele weitere Anwendungen für Photopharmakologe denkbar“, sagt Trauner. „GPCRs etwa sind auch Ziele von Neurotransmittern, die mit Erkrankungen des zentralen Nervensystems in Zusammenhang stehen, daher könnten die Schalter auch für zukünftige Anwendungen etwa bei Depressionen oder Epilepsie interessant sein. Darüber hinaus könnte man die unübertroffene zeitliche und räumliche Präzision von Licht dazu ausnützen, etwa Zytostatika, Analgetika, oder Antidiabetika nur dort zu aktivieren, wo sie Ihre Wirkung entfalten sollen.“

    Publikationen:
    A Photochromic Agonist for m-Opioid Receptors, Matthias Schönberger and Dirk Trauner, Angewandte Chemie 2014 DOI: 10.1002/anie.201309633
    Restoring Visual Function to Blind Mice with a Photoswitch that Exploits Electrophysiological Remodeling of Retinal Ganglion Cells, Ivan Tochitsky, Aleksandra Polosukhina, Vadim E. Degtyar, Nicholas Gallerani, Caleb M. Smith, Aaron Friedman, Russell N. Van Gelder, Dirk Trauner, Daniela Kaufer, and Richard H. Kramer, Neuron 2014, DOI:  10.1016/j.neuron.2014.01.003

    Kontakt:
    Prof. Dr. Dirk Trauner, Department Chemie, Phone: +49 89 2180-77800, Fax: +49 89 2180-77972, dirk.trauner@lmu.de, www.cup.uni-muenchen.de/oc/trauner/
    (24.02.2014)

  • Schülerinfotag 2014
    Am Freitag, den 21.02.2014 findet ein Schülerinfotag für alle an Chemie oder Pharmazie interessierten Schüler statt. Weitere Informationen finden Sie auf dieser Seite.

    Fr, 21.02.14, Fakultät Chemie und Pharmazie
    (14.02.2014)

  • Wichtige Information der Universitätsbibliothek zum Zugriff auf elektronische Medien
    Die Universitätsbibliothek bietet allen Mitgliedern der LMU Zugang zu einer Vielzahl elektronischer Medien (E-Zeitschriften, Datenbanken und E-Books). Um dieses Angebot nutzen zu können, ist eine Authentifizierung erforderlich.
    Das bisherige Verfahren über einen Proxy-Eintrag im Browser war für die Nutzer relativ aufwendig und kompliziert. Daher wird die UB nach einer ausführlichen Testphase auf ein neues und einfacheres System umstellen, das ab Montag, den 3. Februar, unter dem Namen UB-E-Medien-Login (vormals Easy-Proxy) auf der Homepage der UB zu finden sein wird.

    Weitere Informationen finden Sie auf den Webseiten der Universitätsbliothek sowie hier.
    (27.01.2014)