Biophysik
- Wie wechselwirken Proteine, Lipide, Wasser und andere Moleküle in biologischen Membranen?
- Wie können neue, hochauflösende Technologien für die Biomembran-Forschung entwickelt und eingesetzt werden?
- Wie können wir Wirkstoffe schaffen, die Membranfunktionen gezielt beeinflussen?
Mit Fragen wie diesen beschäftigen sich unsere drei interdisziplinären Teams im Bereich Biophysik des Instituts für Molekulare Biowissenschaften (IMB). Einerseits resultiert die Motivation für unsere Forschung aus der Neugier, komplexe molekulare Zusammenhänge in Biomembranen mithilfe physikalischer und chemischer Ansätze und Methoden zu entschlüsseln. Andererseits wollen wir mit unserer Arbeit einen Beitrag zur Bewältigung akuter medizinischer Herausforderungen leisten, so etwa im Kampf gegen bisher kaum therapierbare Krebserkrankungen.
Die Arbeitsgruppe Keller entwickelt native Nanodiscs als vielseitige Membran-Modellsysteme und nutzt sie für die biophysikalische Untersuchung von Membranproteinen.
Die Arbeitsgruppe Pabst erforscht das Wechselspiel zwischen Membranproteinen und Lipiden und legt dabei besonderes Augenmerk auf die asymmetrische Zusammensetzung von Plasmamembranen.
Die Arbeitsgruppe Zweytick beschäftigt sich mit Peptiden, die aus Proteinen der humanen Immunabwehr abgeleitetet wurden, die selektiv pathophysiologische Membranen angreifen und so gezielt Krebszellen bekämpfen.
Univ.-Prof. Dr. Sandro Keller
Unsere Vision ist es, Membranproteine direkt aus Membranen in Nanodiscs zu extrahieren, und zwar ohne konventionelle Detergenzien. Die Proteine bleiben dabei in einer Lipiddoppelschicht, was biophysikalische und strukturelle Untersuchungen unter gut definierten, aber dennoch der natürlichen Umgebung ähnlichen Bedingungen ermöglicht.
Wir verfolgen dabei drei Hauptziele:
- Design und Funktionalisierung neuer Verbindungen mithilfe organisch-synthetischer Chemie, um Nanodiscs mit verbesserten Eigenschaften herzustellen
- Entwicklung und Anwendung biophysikalischer Methoden, um die Eigenschaften von Proteinen und Lipiden in Nanodiscs zu untersuchen
- Einsatz von Nanodiscs zur Beantwortung biomolekularer Fragen, wie zum Beispiel für die Erforschung von Protein-Interaktionsnetzwerken und von Angriffspunkten für die Wirkstoffforschung
Assoz.-Prof. Dr. Georg PABST
Unser Ziel ist physikalische Grundlagen der Funktion biologischer Membranen zu erarbeiten, die für die Entwicklung membranaktiver Wirkstoffe (Peptide) wichtig sind. Die bearbeiteten Fragestellungen beinhalten die Rolle der struktur-elastischen Eigenschaften von Membrandomänen („rafts“) bei der Sortierung und Funktion von Proteinen (Ionenkanäle, Rezeptoren), Einflüsse der wässrigen Zellumgebung (pH, Salzkonzentration, etc.), oder der Zusammenhang von Membranelastizität und Wirkungsweise von Peptiden. Unsere Untersuchungen basieren auf dem Einsatz einer breiten Palette physikalischer Methoden (Röntgen/Neutronenstreuung, Kalorimetrie, Fluoreszenzmikroskopie, etc.).
Ass.-Prof. Dr. Dagmar ZWEYTICK
Wir arbeiten an der Entwicklung von neuartigen Wirkstoffen gegen Krebs. Diese Wirkstoffe, abgeleitet von natürlichen humanen Abwehrpeptiden, wirken gegen verschiedenste Krebsarten, inklusive schwer behandelbaren Krebs, wie Glioblastom oder malignes Melanom. Diese Peptide zielen speziell auf Lipide ab, die von Krebszellen auf der Oberfläche exponiert werden. Solche krebszellspezifische Wirkstoffe werden in Modellsystemen und in Zellkulturen optimiert, wobei Wirkungsmechanismen wie z.B. Induktion von Apoptose oder Nekrose aufgeklärt werden sollen. Um die Unterschiede zwischen neoplastischen und nicht neoplastischen Zellen sowie Peptidinteraktion mit Lipiden der Krebsmembranen zu studieren, verwenden wir verschiedenste Methoden wie Fluoreszenzspektroskopie und -mikroskopie, Kalorimetrie, Röntgenkleinwinkelstreuung, Lipidanalytik und andere. Die Studien ermöglichten uns bereits, einen internationalen Patentantrag für eine spezifische Klasse an antitumoralen Peptiden einzureichen.
Ehemalige Mitarbeiter*innen
Assoz. Univ.-Prof. Dr. Karl LOHNER
Ziel unserer Forschung ist die Aufklärung der molekularen Wirkungsmechanismen natürlicher antimikrobieller Peptide, als Grundlage für einen innovativen Wirkstoffstoffentwicklungsansatz gegen Antibiotika-resistente Keime. Für das Design der neuartigen Wirkstoffe muss man verstehen, wie diese Peptide zwischen Wirts- und Bakterienzelle unterscheiden können, wobei die Lipidzusammensetzung der Zellmembranen eine entscheidende Rolle spielt. Mit Hilfe einer Reihe thermodynamischer, spektroskopischer und struktureller Methoden studieren wir daher die Wechselwirkung natürlicher und synthetisch hergestellter Peptide auf Modell- und Zellmembranen. Im Rahmen eines EU-Projektes unter meiner Koordination konnte bereits eine Peptidklasse abgeleitet von Lactoferrin, einem Protein aus der Muttermilch, weltweit patentiert werden.
Fachoberinspektorin
Marlies Leopold
Sekretariat StrukturbiologieHumboldtstraße 50/III, A-8010 Graz
Di. u. Mi. 8:00 - 15:30 Uhr, Do. 8:00 - 12:00 Uhr
Mag. Dr.
Birgit Stückler
Sekretariat StrukturbiologieHumboldtstraße 50/III, A-8010 Graz