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16.03.2016, 15:30 Uhr

Klasse für Naturwissenschaften und Medizin, 574. Sitzung

Prof.'in Dr. Berenike Maier, Köln: Die Mechanik von bakteriellen Biofilmen; Prof. Dr. Nils Metzler-Nolte, Bochum: Zwischen Fluch und Segen: Metalle in der Medizin

Vortrag 1

Biofilme lösen als bakterielle Rückzugsgebiete Probleme bei der Antibiotikabehandlung sowie der Reinigung von medizinischen Schläuchen aus und tragen zur Verbreitung von resistenten Krankheitserregern bei. Ein Biofilm entsteht, wenn sich Bakterien an Oberflächen anheften und dort vermehren. Dieser kann – auch wenn ursprünglich aus einem einzelnen Bakterium entstanden – Zellen mit verschiedenen Eigenschaften entwickeln. Es ist jedoch nur wenig darüber bekannt, wie diese Heterogenität zur Strukturbildung solcher Biofilme beiträgt. Wir untersuchen, wie die Wechselwirkungskräfte zwischen den Bakterien im Biofilm dessen Architektur beeinflussen. Insbesondere konnten wir zeigen, wie Unterschiede in der physikalischen Interaktion zwischen Bakterien zu einer Sortierung der Zellen führen und damit die Architektur von Biofilmen bestimmen. Spezifische mechanische Kräfte bilden den Schlüssel zur Struktur in Biofilmen. Bakterien mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen organisieren sich dabei wie beim Tauziehen: die Zellen bewegen sich in die Richtung, in der sie die stärkste Kraft zu anderen Bakterien aufbauen können. Die unterschiedliche mechanische Interaktion kann also die Architektur von Biofilmen bestimmen. Ähnliche Mechanismen sind bereits für die Trennung von Zellen in der embryonalen Entwicklung bekannt. Wir haben damit Hinweise auf eine grundlegende Gemeinsamkeit der Entwicklungsprozesse von Biofilmen und Embryonen: Differentielle physikalische Wechselwirkungen zwischen den Zellen sind für die Sortierung wichtig.

Prof. Dr. Berenike Maier ist seit 2011 Professorin für Biophysik am Institut für Theoretische Physik der Universität zu Köln. 1998 legte sie das Diplom in Physik an der Technischen Universität München ab und wurde 2001, ebenfalls an der Technischen Universität München, bei Professor Erich Sackmann promoviert. Bis 2003 war sie Postdoctoral Research Fellow an der Columbia University New York. Bis 2004 leitete sie eine Emmy-Noether-Forschungsgruppe an der Fakultät für Physik der Ludwig-Maximilians-Universität, München. Von 2004 bis 2011 war sie Professorin für molekulare Biophysik am Institut für Allgemeine Zoologie und Genetik der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster.

Vortrag 2

 

Metalle und ihre Verbindungen sind in der Natur ubiquitär. Alkalimetalle wie Natrium und Kalium spielen eine zentrale Rolle im Nervensystem, Calcium ist ein wichtiger second messenger, aber auch Übergangsmetalle wie Eisen, Kupfer oder Zink haben unabdingbar notwendige Funktionen als katalytisch aktive Zentren in Enzymen. Andererseits sind Elemente wie Quecksilber, Cadmium oder Thallium in den entsprechenden Verbindungen jedoch auch hochgradig toxisch. Und schließlich gibt es metallhaltige Medikamente wie z.B. Cisplatin, eines der am meisten verwendeten Medikamente in der Chemotherapie von Krebserkrankungen.

Meine Arbeitsgruppe befaßt sich mit der Entdeckung neuer, metallhaltiger Wirkstoffe gegen Krebs und als neue Antibiotika, sowie mit der Aufklärung ihrer Wirkmechanismen. Insbesondere suchen wir solche Verbindungen, in denen die einmaligen Eigenschaften von Metallkomplexen für den Wirkmechanismus relevant sind. Ein Problem bei diesen Verbindungen ist jedoch meist eine geringe Selektivität, die in schweren Nebenwirkungen resultiert. Meine Arbeitsgruppe entwickelt Strategien, mit denen Metallverbindungen selektiver für Krebszellen gemacht werden können, indem sie an Biomoleküle gebunden werden (sog. "targeted metallo-drugs").

In diesem Vortrag werde ich auf die besonderen Eigenschaften von Metallverbindungen und die daraus resultierenden Möglichkeiten für Anwendungen als Wirkstoffe eingehen. Für die beiden Bereiche Antibiotika und cytotoxische Verbindungen gegen Krebs werde ich Beispiele aus unserer Forschung zeigen, und ich werde darstellen, wie sich die Wirksamkeit und Selektivität durch Konjugation mit Peptiden verbessern läßt.

 

Prof. Dr. Nils Metzler-Nolte ist Professor für Anorganische Chemie an der Ruhr-Universität Bochum. Nach seinem Abitur in Hamburg 1986 legte er 1988 das Vordiplom in Chemie an der Universität Hamburg ab. Sein Diplom erhielt er 1991 an der Ludwig-Maximilians-Universität München und wurde 1994 zum Dr. rer. nat. mit der Dissertation „Synthese, Reaktivität und elektronische Struktur von Alkylboranen“ promoviert. Danach hatte er von 1994 bis 1995 einen Postdoc-Aufenthalt an der University of Oxford. Von 1995–2000 war er Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Strahlenchemie in Mülheim an der Ruhr. Im Jahr 2000 wurde er an der Ruhr-Universität Bochum habilitiert und war von 2000–2006 Professor für Pharmazeutische und Bioanorganische Chemie an der Universität Heidelberg, bevor er 2006 den Ruf auf den Lehrstuhl für Anorganische Chemie an der Ruhr-Universität Bochum erhielt.