Friedrich-Schiller-Universität Jena
 

Uni Home | Stabsstelle Kommunikation
Inhalt
Editorial
Forschung
Medizin
Rubriken
platzhalter

Forschung

Dauerlauf vorm Röntgenauge

Zoologen analysieren die Fortbewegung von Hunden

Wie läuft ein Hund? Auf diese zunächst einfach klingende Frage eine fundierte Antwort zu geben, war selbst für Fachleute bisher nahezu unmöglich. "Wir wussten es einfach nicht", sagt Prof. Dr. Martin S. Fischer. Gewiss: Ein Hund bewegt sich auf vier Beinen, im Schritt, Trab oder Galopp. Doch die exakten Abläufe innerhalb des Bewegungsapparates konnten selbst der Jenaer Zoologe und seine Fachkollegen bislang bestenfalls vermuten. Denn: "Bisherige wissenschaftliche Studien beschränkten sich überwiegend auf die Fortbewegung kranker Tiere oder auf einzelne Aspekte der Fortbewegung", so Fischer, der den Lehrstuhl für Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie innehat. Um dies zu ändern, haben Prof. Fischer und sein Team 2006 eine umfassende Untersuchung zur Bewegung von gesunden Hunden gestartet und jetzt deren Ergebnisse vorgelegt.

1 000 Bilder pro Sekunde

skelett_frontalMit enormem technischen Aufwand haben die Forscher die Bewegungsabläufe von 327 Hunden aus 32 Hunderassen vermessen, dokumentiert und verglichen. So wurden die Tiere in verschiedenen Gangarten zunächst von zwei Hochgeschwindigkeitskameras jeweils von vorn und von der Seite gefilmt. "Zusätzlich haben wir die Bewegungen dreidimensional analysiert", erläutert Dr. Karin Lil­je. Bis zu 1 000 Aufnahmen pro Sekunde gingen in diese Analysen ein. Außerdem wurden die Bewegungen der Hunde mit einer Hochgeschwindigkeits-Röntgenvideoanlage aufgezeichnet. "Durch die Kombination dieser drei Methoden liegen uns nun Daten zur Fortbewegung von Hunden in bisher nicht gekannter Genauigkeit vor", so Fischer.

Wie lückenhaft und in wesentlichen Aspekten rundweg falsch das Wissen über den Bewegungsapparat der Hunde bis dato war, zeigen zahlreiche Skelettdarstellungen und -präparate von Hunden, wie sie in vielen Lehrbüchern und Museen bis heu­te zu sehen sind: Diese positionieren Hüft- und Schultergelenk der Tiere auf gleicher Höhe. "Dies setzt aber voraus, dass sich diese beiden Gelenke entsprechen und die Drehpunkte bei der Bewegung sind - ein Irrtum, wie wir jetzt anhand unserer Analysen nachweisen können", macht Prof. Fischer deutlich. Demnach haben sich im Laufe der Evolution aus den - zunächst aus je zwei Segmenten bestehenden - Beinen Gliedmaßen mit je drei Segmenten entwickelt. "So kommt bei den Vorderbeinen das Schulterblatt als körpernahes Segment hinzu. Während bei den Hinterbeinen der Mittelfuß umgebaut wurde", so Evolutionsbiologe Fischer. Das hat zur Folge, dass sich nun nicht mehr Oberschenkel und Oberarm bzw. Unterschenkel und Unterarm in ihrer Bewegung entsprechen, sondern Schulterblatt und Oberschenkel, Oberarm und Unterschenkel und Unterarm und Mittelfuß. Der Drehpunkt der Vorderbeine ist das Schulterblatt, das nur über die Muskulatur mit dem Skelett verbunden ist. Das eigentliche Schultergelenk bleibt bei der Fortbewegung der Hunde dagegen nahezu unbeweglich.

"Diese Erkenntnisse werden die akademische Lehre verändern", ist Prof. Fischer überzeugt. Dafür legen die Zoologen mit ihren Studienergebnissen nun umfangreiches Anschauungsmaterial vor: Anhand der hochaufgelösten Röntgen- und Positionsdaten haben die Forscher die Bewegungsabläufe in Videosequenzen animiert. So lassen sich nicht nur die Skelette von Hunden in Bewegung von allen Seiten betrachten. Auch die dazugehörende Muskulatur und ihr Aktivitätsmuster lassen sich je nach Gangart und Bewegungsphase detailliert studieren.

Reich illustrierte Publikation

Dem "Röntgenblick" verdanken die Zoologen außerdem die Entdeckung, dass sich Schulterblatt und Unterarm stets parallel bewegen. Dieses Prinzip eines "Pantographenbeines" ist in seinem Bewegungsablauf hochgradig von der Länge des dazwischenliegenden Oberarmes abhängig. Da der bei allen Hunden stets 27 Prozent der Gesamtlänge des Beines betrage, schlussfolgern die Forscher, dass alle Hunde - egal ob zwei oder 80 Kilogramm schwer - sehr ähnlich laufen.
Das umfangreiche Daten- und Bildmaterial liegt jetzt in der reich illustrierten Publikation "Hunde in Bewegung" vor. Der Band richtet sich nicht nur an ein Fachpublikum. "Wir wollen damit ausdrücklich alle Hundehalter und -liebhaber erreichen", betont Prof. Fischer. Für das Buch wurden über 100 Abbildungen neu erstellt und eine eigene Bildsprache gefunden. Dem Band liegt eine DVD mit umfangreichem Videomaterial bei, das Hochgeschwindigkeitsvideos ausgewählter Rassehunde, Röntgenfilme und viele Animationen beinhaltet.

US

Kontakt:

Prof. Dr. Martin S. Fischer
Tel.: 03641 / 949140
E-Mail:

 

Fischer_Hund_hoch_kasper

Prof. Dr. Martin S. Fischer - hier mit Hündin Branca - hat die "Jenaer Studie zur Hundefortbewegung" initiiert und geleitet.

Foto: Kasper

Abbildung: Andikfar/Lauströer

 

Ihre Ergebnisse haben Prof. Dr. Martin S. Fischer und Dr. Karin E. Lilje in der Publikation "Hunde in Bewegung" zusammengefasst (VDH Service GmbH und Franckh-Kosmos Verlags-GmbH & Co. KG, Stuttgart 2011, 208 Seiten, Preis: 49,95 Euro, ISBN 978-3-440-13075-9).

[nach oben]

Bewegung ohne Muskeln

Zoologen sind der Evolution von Körperkontraktion auf der Spur

Nickel_2011-05_Tethya_wilhelma_colony_aquarium_(c)_M_NickelWie funktioniert Bewegung ohne Muskeln? Wie bewegen sich Tiergruppen, die gar keine Muskeln besitzen, da sie sich in der Entwicklungsgeschichte vor der eigentlichen evolutionären Entstehung von Muskelzellen abzweigten? Das untersucht eine Forschergruppe um Privatdozent Dr. Michael Nickel. Die Forscher vom Institut für Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie interessiert vor allem die Frage nach den evolutionären Vorläufern der Muskelzellen.

In einer aktuellen Studie im Journal of Experimental Biology (Band 214, DOI: 10.1242/jeb.049148) geben die Evolutionsbiologen Antworten auf die Frage, welche Zellen in Schwämmen kontrahieren. Die Forscher stützen sich dabei auf 3-dimensionale (3D) Aufnahmen, die sie mit­tels Synchro-tron-strahlungsbasierter Röntgen-Mikrotomographie angefertigt haben. Damit konnten sie die 3D-Struktur von kontrahierten und expandierten Schwämmen vergleichen und visualisieren.

"Das Besondere an unserer Herangehensweise ist, dass wir die 3D-Daten für Volumen- und Oberflächenmessungen in den Schwämmen nutzen", so Nickel. "Die 3D-Volumetrie-Methode wird in der Zoologie bisher kaum genutzt". Auf diese Weise konnte Nickels Team zeigen, dass die inneren und äußeren Oberflächen und damit die Epithelzellen, sogenannte Pinacozyten, die starken Körperkontraktionen der Schwämme verursachen. Dadurch können die Wissenschaftler auch eine über hundert Jahre währende Kontroverse über die zelluläre Kontraktionsursache entscheiden: Als kontraktile Kandidaten waren bisher sowohl spindelförmige Zellen im Gewebe der Schwämme gehandelt worden, als auch die Epithelzellen.

Diese Erkenntnisse ermöglichen nun neue Denkansätze zur evolutionären Entstehung von Muskulatur. "Die frühe Evolution von Muskeln ist bisher völlig unverstanden. Muskelzellen scheinen in der Evolution - nach aktueller Datenlage - nahezu aus dem Nichts aufgetaucht zu sein", so Nickel. "Es muss jedoch evolutionäre Vorläufersysteme gegeben haben, die bisher unerkannt geblieben waren." Die Schwamm-Epithelzellen rücken nun als heiße Kandidaten für die weitere Erforschung der Zusammenhänge in den Mittelpunkt. "Es spricht vieles dafür, dass Schwamm-Epithelien und die Muskelzellen der übrigen Tiere evolutionär auf einen gemeinsamen kontraktionsfähigen Zellvorfahren zurückgehen". Dies soll in Zukunft in internationalen Kooperationen, auch unter Nutzung von Genom- und Genexpressionsdaten, geprüft werden.

AB

Kontakt:

Tel.: 03641 / 949174
E-Mail:

Vor zehn Jahren im Stuttgarter Zoo Wilhelma entdeckt, ist der Schwamm "Tethya wilhelma" das "Haustier" in Nickels Arbeitsgruppe. 

Foto: Nickel

Nickel_Schwaemme_kasper

PD Dr. Michael Nickel konnte zeigen, dass Epithelzellen für die Kontraktion von Schwämmen verantwortlich sind.
Filmmaterial unter:
http://spongetube.porifera.net

Foto: Kasper

[nach oben]

Was Gene über die Evolution verraten

Genetiker blicken erstmals ins Erbgut von Bärlappgewächsen

Theien_Gramzow_kasperSie sind meist nur wenige Zentimeter große, unscheinbare, krautige Pflanzen und bilden noch nicht einmal Blüten. Dennoch sind die sogenannten Bärlappgewächse von immensem wissenschaftlichen Interesse: "Sie sind die ursprünglichsten Gefäßpflanzen. Aus ihren Genen lässt sich viel über die stammesgeschichtliche Entwicklung der Landpflanzen ablesen", sagt Prof. Dr. Günter Theißen. Dass das jetzt erstmals möglich ist, daran haben der Genetiker und seine Doktorandin Lydia Gramzow großen Anteil: Sie sind Teil eines internationalen Forscherteams, das das komplette Genom des ersten Vertreters der Bärlappgewächse sequenziert und seine Gene analysiert hat. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler im Fachmagazin "Scien­ce" (DOI: 10.1126/science.1203810).

"Selaginella moellendorffii" gehört zu den heute noch lebenden Arten von Bärlappgewächsen und dient den Forschern als Modellorganismus. "Stammesgeschichtlich sind sie das Bindeglied zwischen den ursprünglicheren Moosen und den höher entwickelten Farnen und Samenpflanzen", erläutert Prof. Theißen. An ihnen lasse sich ablesen, welche evolutionären Innovationen es den Pflanzen ermöglicht haben, an Land nicht nur zu überleben, sondern sich dort weiterzuentwickeln.

Zu diesen Neuheiten gehört die Ausbildung von verholzten Gefäßen, in denen Wasser und Nährstoffe transportiert werden. "Außerdem finden wir bei Bärlappgewächsen erstmals Sprossachsen und gut entwickelte Blätter", erläutert Bioinformatikerin Lydia Gramzow. Dank der jetzt vorliegenden vollständigen Erbgutsequenz konnten die Forscher nun das erste Mal gezielt nach bestimmten Genen in Selaginella suchen. "Durch den Vergleich mit dem Genom anderer Landpflanzen können wir nun erkennen, wann bestimmte Gene im Verlaufe der Evolution entstanden sind", so Gramzow.

Die Jenaer Genetiker haben das Selaginella-Genom gezielt nach Gengruppen durchforstet, die bei höheren Pflanzen die Blütenentwicklung steuern, haben allerdings nur entfernte Verwandte dieser Gene gefunden. "Das haben wir erwartet", resümiert Prof. Theißen. Nähere Verwandte dieser Gene seien in der Evolution offenbar erst nach der Entstehung der Bärlappgewächse aufgetaucht. 

US

Kontakt:

Tel.: 03641 / 949550
E-Mail:

Diese Bärlappgewächse (vorn) ha­ben Lydia Gramzow und Prof. Dr. Günter Theißen im Botanischen Garten aufgespürt.

Foto: Kasper

[nach oben]

Tomaten schützen nicht vor Rauch

Gesundheitsfördernde Wirkung auf Blutgefäße bleibt bei Rauchern aus

Tomate_im_Rauch_kasperEine schlechte Nachricht für alle Raucher: Die sekundären Pflanzenstoffe von Tomaten, vor allem der rote Farbstoff Lycopin, haben sich in Experimenten zwar als potenziell günstig für die innerste Schicht der Blutgefäße (Endothel) erwiesen. Gefäßbeeinträchtigungen, die durch das Rauchen entstehen, lassen sich durch den Verzehr von Tomaten aber nicht ausgleichen. Das ist das Ergebnis einer gemeinsamen Studie, die Forscher der Berliner Charité und Jenaer Ernährungswissenschaftler um PD Dr. Volker Böhm Ende April auf der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Kardiologie - Herz- und Kreislaufforschung (DGK) präsentiert haben.

Die Forscher untersuchten bei insgesamt 20 männlichen Rauchern, von denen eine Gruppe zwei Wochen lang täglich 70 Gramm Tomatenmark zu sich nahm, die Regulation der Armarterie - und zwar sowohl Endothel-abhängige (FMD) als auch die Endothel-unabhängige Gefäßsteuerung (NMD), vor und nach dem Konsum einer Zigarette. Eindeutig war die Nikotin-Auswirkung auf die FMD - schon nach einer Zigarette verringerte sich der FMD signifikant. Die Studiengruppe mit der Tomaten-Diät wies zwar einen deutlich höheren Lycopin-Spiegel auf als die Kontrollgruppe, die sekundären Pflanzenstoffe der Tomate waren also nachweisbar, auf den Zustand der Gefäße hatte dies jedoch keine positive Auswirkung.

PM 

Kontakt:

PD Dr. Volker Böhm
Tel.: 03641 / 949633
E-Mail:

Lycopin - der rote Farbstoff der Tomate - kann die schädliche Wirkung des Zigarettenrauchs auf die Blutgefäße nicht ausgleichen. Zu diesem
Ergebnis kommen Ernährungswissenschaftler in einer aktuellen Studie.

Foto: Kasper

[nach oben]

Winzige Blasen mit riesigen Kräften

Chemiker reinigen phenolhaltige Abwässer mit Hilfe der Kavitation

Kavitation_kasperIn der chemischen Industrie fallen oft giftige Abwässer an, deren Entsorgung weltweit ein Problem ist. Denn die etablierten Verfahren zur Reinigung der Abwässer sind kompliziert und teuer. Jenaer Chemiker um Prof. Dr. Bernd Ondruschka haben jetzt gemeinsam mit Fachkollegen aus Nanjing in China ein Verfahren entwickelt, bei dem sie sich eines Phänomens bedienen, das Bootsbauern regelmäßig Kopfzerbrechen bereitet. Ihre Ergebnisse haben die Forscher im "Journal of Hazardous Materials" veröffentlicht (DOI:10.1016/j.jhazmat.2011.03.054). Die von Dr. Zhilin Wu geleitete Arbeitsgruppe macht sich die sogenannte Kavitation zunutze, die Entstehung winziger Gasblasen in Flüssigkeiten. Sie entstehen zum Beispiel an rotierenden Körpern in Flüssigkeiten, sind ungeheuer energiereich und bergen deshalb ein großes Zerstörungspotenzial in sich. Speziell an Schiffsschrauben kann Kavitation starke Schäden hervorrufen.

Temperaturen wie auf der Sonne

Die Gasbläschen implodieren in Bruchteilen von Mikrosekunden wieder und setzen dabei Temperaturen bis zu 5 000 Kelvin frei, das entspricht der Oberflächentemperatur der Sonne. Außerdem wirken enorme Drücke, die sonst erst in einer Wassertiefe von 5 000 Metern erreicht werden. Im Moment des Kollapses wird das umgebende Wasser homolytisch gespalten und es werden Hydroxylradikale gebildet, die organische Verbindungen oxidieren und abbauen können. Des Weiteren werden durch die extremen Bedingungen Pyrolysereaktionen ausgelöst.

Ozon beschleunigt Reaktion

"Diese Energie im Moment des Kollabierens der Gasbläschen nutzen wir aus", sagt Dr. Wu. Den Forschern ist es gelungen, eine phenolhaltige Lösung mit Hilfe der Kavitation zu reinigen. Phenol ist eine umweltbedenkliche Substanz, die bei vielen chemischen Prozessen als Nebenprodukt anfällt. Bei den Versuchen wurde die Reaktionslösung außerdem mit Ozon versetzt. "Durch die Kavitation sind wir in der Lage, das eingeleitete Ozon besser zu nutzen. Und das hohe Oxidationspotenzial beschleunigt die Abbaureaktionen deutlich", sagt Dr. Wu.

Die Kavitation lasse sich auf verschiedenen Wegen in Gang setzen, erklärt Marcus Franke von der Arbeitsgruppe Kavitations-Chemie. Eine Möglichkeit sind Rohrsysteme mit Lochplatten als künstliche Verengungen. An diesen Platten herrschen unterschiedliche Druckverhältnisse, wodurch Kavitation erzeugt wird. Eine andere Quelle für Kavitation stellt der Ultraschall dar. Dadurch können ebenfalls sehr hohe Abbauraten mit guten Energieeffizienzen generiert werden, jedoch ist die Vergrößerung solcher Ultraschallanlagen sehr kompliziert und stellt die Wissenschaftler vor große Herausforderungen. In Nanjing haben die Chemiker mit Hilfe des neuen Verfahrens eine Methode entwickelt, um Gewässer von Mikroalgen zu befreien. Auf einfachem Weg lassen sich so beispielsweise Stadtseen reinigen, ohne Chemikalien zusetzen zu müssen. 

sl

Kontakt:

Prof. Dr. Bernd Ondruschka
Tel.: 03641 / 948400
E-Mail:

Dr. Zhilin Wu (r.) aus China und Doktorand Marcus Franke erzeugen in einem mit Flüssigkeit befüllten Plexiglas-Zylinder winzige Gasbläschen.

Foto: Kasper

[nach oben]

Enzym beeinflusst Tumorwachstum

Biochemiker und Mediziner entwickeln neue Ansätze für Chemotherapie

Eine erhöhte Konzentration des Enzyms "Histondeacetylase 2" in Tumorzellen scheint die Überlebenschancen von Lungenkrebspatienten zu verringern. Dies hat das Forscherteam um Biochemiker PD Dr. Oliver H. Krämer herausgefunden. Nun wollen die Wissenschaftler die Mechanismen klären, durch die das Enzym das Tumorwachstum fördert. Ziel ist es, neue Ansatzpunkte für eine Chemotherapie ausfindig zu machen.

Die Fehlregulation bestimmter Eiweiße in Körperzellen kann die Entstehung von Tumoren und letztendlich von Krebs hervorrufen. Durch die Streuung von Krebszellen, die sogenannte Metastasierung, entstehen Tochtergeschwüre des Tumors im Körper. Die Bildung solcher Metastasen verschlechtert die Heilungschancen drastisch.

Um die richtigen Chemotherapeutika zu finden, ist es wichtig, die molekularen Veränderungen in der Zelle detailliert zu verstehen. In zahlreichen Tumoren haben Forscher das Enzym "Histondeacetylase 2", kurz "HDAC2", in erhöhter Konzentration festgestellt.

Überlebenschancen sinken

Dr. Krämer und sein Team konnten in Kooperation mit Prof. Dr. Iver Petersen vom Uniklinikum bei Lungenkrebsproben zeigen, dass ein erhöhter Spiegel dieses Eiweißes die Überlebenschancen der Patienten verringert. Die Wissenschaftler gehen deshalb davon aus, dass HDAC2 eine wichtige Rolle bei der Tumorbildung spielt. In Kooperation mit dem Jenaer Biochemiker Prof. Dr. Thorsten Heinzel und dem Münchner Toxikologen Prof. Dr. Martin Göttlicher haben die Forscher detailliertere Beobachtungen gemacht: HDAC2 alleine oder zusammen mit ihm verwandten Proteinen aktiviert unter anderem Gene und Eiweiße, die eine Metastasierung begünstigen. Umgekehrt führte eine Hemmung von HDAC2 durch geeignete Substanzen im Tiermodell zu einer Verminderung des Wachstums von Tumoren und blockierte die Metastasierung.

HDAC2 ist deshalb nicht nur ein wichtiges Indiz, um bösartige Zellen und Gewebe zu identifizieren, sondern gleichzeitig ein möglicher Angriffspunkt für die Therapie von Krebs. Dies wird derzeit in einem von der Wilhelm Sander-Stiftung mit über 90 000 Euro geförderten Projekt getestet.

PM

Kontakt:

Tel.: 03641 / 949362
E-Mail:

Krmer_privat 

Das Team um PD Dr. Oliver H. Krämer konnte zeigen, dass "HDAC2" die Über­­lebenschancen von Krebspatienten verringert.

Foto: privat

[nach oben]

Vom Ursprung des nichtlinearen Signals

Physikerteam untersucht metallische Nanostrukturen

nichtlinearesSignal_UniStuttgartMetallische Nanostrukturen haben in der Optik enorm an Bedeutung gewonnen: Da die Strukturgrößen unterhalb der Wellenlänge von sichtbarem Licht liegen, lassen sich durch Nanostrukturierung Materialien mit nahezu beliebigen linearen Eigenschaften erzeugen. In solchen Nanostrukturen sind nichtlineare Prozesse zudem wesentlich stärker als in anderen Materialien. Bisher war jedoch nicht bekannt, ob dieser Effekt durch die Feldüberhöhung im dielektrischen Substrat und/oder durch nichtlineare Prozesse in den metallischen Nanostrukturen selbst hervorgerufen wird.

Forschern der Universitäten Jena und Stuttgart sowie des Max-Planck- Instituts für Festkörperforschung ist es jetzt gelungen, diesen Prozessen auf die Schliche zu kommen, wie sie in der Zeitschrift "Physical Review Letters" berichtet haben (DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.133901).

Ein besonderes Augenmerk der Forscher liegt auf der Erzeugung sogenannter "Harmonischer" - das sind ganzzahlige Vielfache einer Ausgangsfrequenz. Durch die Erzeugung der zweiten und dritten Harmonischen kann etwa aus rotem Licht blaues oder ultraviolettes Licht generiert werden.

Bei ihren Experimenten haben die Physiker eine metallische Nanostruktur untersucht, die aus einem Gitter aus Gold-Nanodrähten bestand, die in einen dielektrischen Schichtwellenleiter eingebettet war. Für die optische Anregung nutzten sie ultrakurze Laserpulse, deren Frequenz variiert werden konnte. Für jede Ausgangsfrequenz detektierten sie anschließend die Intensität des Lichtes bei der dritten Harmonischen und erhielten so ein nichtlineares Spektrum.
Für das Verständnis der Beobachtungen waren die an der Uni Jena durchgeführten numerischen Simulationen, in denen die elektrische Feldverteilung in dem untersuchten Hybridsystem berechnet wurde, von entscheidender Bedeutung. "Hierbei zeigte sich eine stark wellenlängenabhängige Konzentration des elektrischen Feldes in den verschiedenen beteiligten Materialien, was darauf hinweist, dass auch die Ursache der erhöhten nichtlinearen Effekte stark von der Wellenlänge abhängt ", sagt Prof. Dr. Falk Lederer aus dem Jenaer Team. 

PM

Kontakt:

Tel.: 03641 / 947170
E-Mail:

In der Nanostruktur entsteht aus rotem Licht bei der zweiten Harmonischen blaues Licht.

Foto: Uni Stuttgart

 

Lederer_kasper 

Der Physiker Prof. Dr. Falk Lederer hat gemeinsam mit Jenaer und Stuttgarter Kollegen die nichtlinearen Eigenschaften metallischer Nanostrukturen untersucht.

Foto: Kasper

[nach oben]

Nano-Schmiere im Gelenkersatz

Wie Proteinschichten in künstlichen Gelenken beschaffen sein müssen

UHMWPE_kellerFür ein Biomaterial im Körper ist entscheidend, dass es nicht abgestoßen wird und optimal funktioniert. Wichtig für die Akzeptanz ist dabei, wie sich körpereigene Proteine an Implantat-Oberflächen anlagern. Diese menschlichen Eiweiße schmieren darüber hinaus beispielsweise die natürlichen Knie- oder Hüftgelenke, indem sie auf dem Knorpel eine Proteinschicht bilden. Proteine werden aber auch in künstlichen Gelenken eingesetzt, um dort die Reibung und die dadurch entstehende Schädigung des Materials zu reduzieren.


Bisher war jedoch weitgehend unbekannt, wie man solche Proteine am besten auf künstliche Materialien aufbringt und wie deren Oberfläche beschaffen sein muss. Dr. Thomas F. Keller hat diesen Prozess intensiv untersucht und gerade neue Erkenntnisse zur Anwendung von ultra-hochmolekularem Polyethylen (UHMWPE) gewonnen. UHMWPE dient als Verschleißpartner in künstlichen Gelenken, die meist aus metallischen oder keramischen Komponenten bestehen. Der Wissenschaftler und seine Kollegen vom Institut für Materialwissenschaft und Werkstofftechnologie (IMT) haben jetzt zeigen können, dass sich Proteine, die selbst nur einige Nanometer groß sind, bevorzugt an nanokristalline Lamellen des UHMWPE anlagern. Die Eigenschaft der Proteine, Netzwerke auszubilden, wird dadurch eingeschränkt, wie in der Fachzeitschrift "ACS Nano" zu lesen ist (DOI: 10.1021/nn200267c).

"Die Fähigkeit des UHMWPE, durch eine Nanostrukturierung Proteine gerichtet anzuordnen, kann für die Reibeigenschaften in neuen Gelenken wichtig sein", sagt Dr. Keller. Denn Gelenke, wie das Knie oder die Hüfte, werden durch das eigene Körpergewicht oft einseitig belastet. "Und die Gelenke erzeugen während des Ganges eine zwar komplexe, aber im Wesentlichen unidirektionale Verschleißspur", erläutert der Wissenschaftler.

Die neuen Erkenntnisse wollen die Materialwissenschaftler nun auch auf andere Implantatoberflächen mit Kontakt zu biologischen Umgebungen, sogenannte "Biointerfaces", übertragen und durch molekulares Design auf der Nanoskala für weitere biologische Funktionen optimieren. Dabei geht es ihnen nicht nur darum, den Verschleiß künstlicher Gelenke zu minimieren. Auch das Einwachsverhalten von Implantaten soll optimiert werden. 

AB

Kontakt:

Dr. Thomas F. Keller, Prof. Dr. Klaus D. Jandt
Tel.: 03641 / 947730
E-Mail: ,

Rasterkraftmikroskopisches Bild einer
nanokristallinen Lamelle einer orientierten UHMWPE-Oberfläche.

Foto: Keller

[nach oben]

Frühe Geschichte der Genetik revidiert

Wer hat die Mendelschen Gesetze wiederentdeckt?

Die tradierte Geschichte der "Wiederentdeckung" der Vererbungsgesetze Gregor Johann Mendels muss um einige Facetten ergänzt werden. Mendel, der "Vater der Genetik", publizierte 1865 die Ergebnisse seiner Kreuzungsversuche von Erbsenpflanzen, die jedoch zunächst wenig Beachtung fanden. Bisher ging man davon aus, dass drei Forscher - der Niederländer Hugo de Vries, der Deutsche Carl Correns und der Österreicher Erich von Tschermak-Seysenegg - unabhängig voneinander die Vererbungsgesetze um 1900 wiederentdeckt haben. "Tatsächlich waren es vier, wenn nicht sogar fünf Wiederentdecker der Mendelschen Regeln", nennt Prof. Dr. Uwe Hoßfeld das Ergebnis eines aktuellen Projekts von Jenaer Forschern mit Wissenschaftlern der Akademie der Wissenschaften in Prag sowie des Mährischen Landesmuseums in Brno.

Forscher tauschten sich aus

Tatsächlich hätten die Wissenschaftler untereinander Pflanzensamen getauscht und in Briefen ihre Forschungsergebnisse diskutiert, wie aus dem bisher unbekannten Briefwechsel der Brüder Armin und Erich von Tschermak-Seysenegg 1898-1951 hervorgehe.

Diesen haben die Wissenschaftshistoriker nun erstmals ediert und in der wissenschaftlichen Reihe "Studies in the History of Sciences and Humanities" publiziert.

Ein weiterer aktueller Band der Jenaer Wissenschaftler und ihrer tschechischen Kollegen zur frühen Mendel-Forschung dokumentiert die Korrespondenz der ersten Mendel-Biografen, wie William Bateson, Hugo Iltis und Erich v. Tschermak-Seysenegg, mit den zwei Neffen von Mendel aus der Zeit 1902-35. Nach 1900 wurden die Neffen eine der wichtigsten Quellen für die biografischen Darstellungen von Gregor J. Mendel. 

JP

Kontakt:

Prof. Dr. Uwe Hoßfeld
Tel.: 03641 / 949491
E-Mail:

Mendel_Portrait

Gregor Mendel - der "Vater der Genetik".

Foto: EHH-Archiv

 

 

[nach oben]

letzte Änderung:  am 2011-11-07 12:53:00   © FSU Jena nach oben  Seitenanfang