Metallorganische Gerüste fungieren als Webstühle

Presseinformation des KIT (Karlsruher Institut für Technologie) vom 15.02.2017

Forscher des KIT fertigen zweidimensionale Textilien aus monomolekularen Polymerfäden – Veröffentlichung in Nature Communications

Ein wichtiger Fortschritt in der Herstellung zweidimensionaler polymerbasierter Materialien ist Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gelungen: Um Tücher aus monomolekularen Fäden zu fertigen, nutzten die Wissenschaftler die am KIT entwickelten SURMOFs – auf Oberflächen verankerte metallorganische Gerüste. Sie fügten vierarmige Monomere, also kleinere Molekülbausteine, in einzelne SURMOF-Schichten ein. Durch Verknüpfung der Monomere entstanden zu flachen Textilien verwobene Polymerfäden. Die Forscher stellen ihre molekularen Gewebe in der Zeitschrift Nature Communications vor. (DOI: 10.1038/ncomms14442)

Das selbstorganisierte Verknüpfen von Polymerfäden, das heißt extrem langen Molekülen, zu zweidimensionalen Geweben ist eine der großen Herausforderungen der Polymerchemie. Mithilfe eines Bottom-up-Prozesses, der kleinere Moleküle, sogenannte Monomere, in geeigneter Weise verknüpft, sind am KIT Wissenschaftler des Instituts für Funktionelle Grenzflächen (IFG) sowie des Instituts für Nanotechnologie (INT) diesem Ziel nun einen wesentlichen Schritt näher gekommen: Sie fertigten Gewebe aus monomolekularen Polymerfäden, wobei ihnen SURMOFs – auf Oberflächen verankerte metallorganische Gerüste – sozusagen als Webstühle dienten. In der Zeitschrift Nature Communications stellen sie ihren Ansatz vor.

Die am IFG des KIT entwickelten SURMOFs (Surface Mounted Metal-Organic Frameworks) sind Gerüste aus metallischen Knotenpunkten und organischen Verbindungselementen, die Schicht für Schicht auf einem Substrat aufgebaut werden. Sie haben eine kristalline Struktur und lassen sich durch die Kombination verschiedener Materialien sowie die Variation der Porengröße für unterschiedliche Anwendungen maßschneidern. Um die SURMOFs zum Weben zweidimensionaler Textilien einzusetzen, bauten die Karlsruher Forscher in die einzelnen SURMOF-Schichten spezielle Verbindungselemente ein, nämlich vierarmige Monomere, die alle exakt auf eine spätere Verknüpfung ausgerichtet sind. Die Wissenschaftler fügten diese aktiven SURMOF-Schichten zwischen sogenannten Opferschichten ein. „So erreichten wir einen sandwichartigen Aufbau, der gewährleistet, dass die hergestellten Gewebe tatsächlich zweidimensional, das heißt nur eine Moleküllage dick sind“, berichtet Professor Christof Wöll, Leiter des IFG und zusammen mit Professor Marcel Mayor vom INT korrespondierender Autor der Publikation.

Die Forscher führten in den aktiven SURMOF-Schichten mithilfe eines Katalysators eine Reaktion zur Verknüpfung der Monomere zu Polymeren herbei. Anschließend wurden die metallischen Knotenpunkte einfach herausgelöst. Übrig blieben flache Gewebe aus monomolekularen Polymerfäden. „Die Polymerfäden werden untereinander ausschließlich von den durch das Webmuster bedingten mechanischen Kräften zusammengehalten“, erklärt Marcel Mayor. „Damit sind die molekularen Gewebe ebenso flexibel wie die auf herkömmliche Weise gefertigten Textilien.“ (or)

Publikation:
Zhengbang Wang, Alfred Błaszczyk, Olaf Fuhr, Stefan Heissler, Christof Wöll, Marcel Mayor: Molecular weaving via surface-templated epitaxy of crystalline coordinationnetworks.  Nature Communications, 2017. DOI: 10.1038/ncomms14442

Externer Link: www.kit.edu

Genschalter moduliert Angstgedächtnis

Medieninformation der Universität Innsbruck vom 16.02.2017

Bei der Therapie von posttraumatischen Belastungsstörungen wird unter anderem versucht, erlernte Furchtreaktionen einzudämmen. Forscher der Universität Innsbruck und der Medizinischen Universität Innsbruck haben nun gemeinsam mit amerikanischen Kollegen einen Genregulator ausfindig gemacht, der eine entscheidende Rolle spielt, wenn die Furcht erfolgreich ausgelöscht wird.

Angst-, Trauma- und belastungsbezogene Störungen sind mit einer verminderten Fähigkeit verbunden, erlernte Furchtreaktionen einzudämmen. Dazu ist zum Beispiel „Furchtextinktion“ nötig, ein zentraler Lern-Mechanismus der Expositionstherapie. „Eine vielversprechende Möglichkeit zur Weiterentwicklung der Angsttherapie besteht darin, dieses neue Lernen zu fördern“, sagt Nicolas Singewald vom Institut für Pharmazie der Universität Innsbruck. So sollen die relativ hohen Rückfallquoten reduziert und die Angstsymptomatik langfristig abgeschwächt werden. „Eine neuartige Möglichkeit dazu bietet sich in einer verbesserten Regulation Lern-assoziierter Mechanismen“, erklärt Singewald.

Im Rahmen des Spezialforschungsbereichs zu chronischen Erkrankungen des zentralen Nervensystems (SFB-F44) ist es den Forschungsgruppen von Nicolas Singewald an der der Universität Innsbruck und von Alexander Hüttenhofer am Biozentrum der Medizinischen Universität Innsbruck in Zusammenarbeit mit einer amerikanischen Forschungsgruppe nun gelungen, eine sogenannte microRNA mit dem Namen miR-144 als wichtigen Genregulator ausfindig zu machen, der bei einer erfolgreichen Furchtextinktion eine entscheidende Rolle spielt. „MicroRNAs sind 21 bis 23 Nukleotid lange Ribonukleinsäuren, die als genetische Schalter in der Zelle wirken und somit die Expression von Genen steuern können“, erklärt Nicolas Singewald. Sein Doktorand Conor Murphy konnte in dieser Studie zeigen, dass die Überexpression von miR-144 in Mäusen, die ähnlich wie Angstpatienten eine eingeschränkte Fähigkeit zur Furchtextinktion aufweisen, dieses Defizit normalisiert und zudem einen Schutz vor dem Wiederauftreten von Angstzuständen bewirkt.

Die im angesehenen Fachmagazin Biological Psychiatry kürzlich veröffentlichten Untersuchungen zeigen, die fundamentale Rolle von miR-144 bei der Verminderung von Angszuständen im Mausmodel auf. Die gewonnenen Daten implizieren gleichzeitig die Möglichkeit, in der Zukunft diese miRNA als Zielmolekül in der Behandlung von Posttraumatischen Belastungsstörungen (PTBS) und ähnlichen Erkrankungen zu verwenden.

Der Spezialforschungsbereich „Chronische Erkrankungen des zentralen Nervensystems“ (SFB-F44) setzt sich aus neun Arbeitsgruppen zusammen, wobei zwei Gruppen Teil der Universität Innsbruck sind, fünf der Medizinischen Universität Innsbruck angehören und je eine Arbeitsgruppe in Salzburg und Deutschland beheimatet ist. Geleitet wird der Spezialforschungsbereich von Jörg Striessnig von der Abteilung für Pharmakologie und Toxikologie des Instituts für Pharmazie der Universität Innsbruck und seiner Stellvertreterin Nadia Stevanova von der Universitätsklinik für Neurologie an der Medizinischen Universität Innsbruck.

Publikation:
MicroRNA-Mediated Rescue of Fear Extinction Memory by miR-144-3p in Extinction-Impaired Mice. Murphy CP, Li X, Maurer V, Oberhauser M, Gstir R, Wearick-Silva LE, Viola TW, Schafferer S, Grassi-Oliveira R, Whittle N, Hüttenhofer A, Bredy TW, Singewald N. Biol Psychiatry. DOI: 10.1016/j.biopsych.2016.12.021

Externer Link: www.uibk.ac.at

Angriff der Antibiotika

Presseinformation der LMU München vom 07.02.2017

Ethambutol gehört seit Langem zur Standardtherapie gegen Tuberkulose. LMU-Forscher zeigen jetzt im Detail, wie das Antibiotikum auf die Erreger wirkt: Es hemmt spezifisch ihr Längenwachstum.

Weltweit gesehen gehört die Tuberkulose zu den zehn häufigsten Todesursachen, Jahr für Jahr sterben 1,5 Millionen Menschen an der Infektion, die zumeist die Lungen befällt. Die Therapie ist aufwendig und langwierig. TB-Patienten müssen über viele Monate hinweg Antibiotika nehmen, eine Substanz allein reicht nicht, üblich sind Kombinationen von bis zu vier Mitteln. Eines davon ist Ethambutol. Es ist schon lange im Einsatz, doch wie genau es wirkt, war bislang nicht bekannt. Ein Team um Marc Bramkamp, Professor für Mikrobiologie an der LMU, hat den Wirkmechanismus nun minutiös untersucht und dabei unter anderem mit höchstauflösender Mikroskopie den Einfluss des Antibiotikums auf die Bakterienzellen sichtbar gemacht.

Ethambutol verhindert, dass die Erreger ihre Zellwände vollständig bilden können, soviel war bekannt. Das Mittel wirkt bakteriostatisch, tötet die Zellen aber nicht ab. Mycobacterium tuberculosis, so der Name des gefährlichen Keims, gehört zu einer Gruppe von Bakterien, von denen viele Spezies harmlos, eine Reihe aber gefährliche Erreger etwa der Lepra oder der Diphtherie sind. Ihnen allen ist eines gemeinsam: der vergleichsweise komplizierte Aufbau der Zellwand. Um die bei den meisten Bakterien übliche Schicht aus Peptidoglykan, einem Netz aus speziellen Zuckern und Aminosäuren, liegt ein komplexes Geflecht von Zuckern wie Galaktose und Arabinose, das sogenannte Arabinogalaktan. Damit verbunden ist wiederum eine dichte Lipidschicht, die die gesamte Bakterienhülle widerstandsfähig macht.

Zwei verschiedene Maschinen bauen an der Zellwand

Die stäbchenförmigen Mykobakterien wachsen von den Enden, den Zellpolen, her. Und von dort aus, so konnten die LMU-Wissenschaftler mit ihren Experimenten an harmlosen Verwandten des Tuberkulose-Erregers zeigen, überzieht eine komplexe Synthesemaschinerie die Bakterienzelle im Normalfall mit den beiden äußeren Hüllen. Genau diesen Prozess unterbindet Ethambutol: Es sorgt dafür, dass sich die Arabinose-Moleküle nicht zu größeren Einheiten zusammenfügen können, den Bakterien fehlt eine intakte Arabinogalaktan-Schicht und damit auch der äußere Lipid-Mantel. Die Bakterien aber haben noch eine zweite Maschinerie zur Wandsynthese; sie wird in der Mitte der Stäbchen aktiv, wenn sich dort die Mutterzelle teilt. Diese Maschinerie aber, so zeigten Bramkamp und sein Team, baut nur den inneren Peptidoglykan-Mantel. Ihr kann Ethambutol nichts anhaben, dafür aber beta-Lactam-Antibiotika, zu denen auch die Penicilline gehören.

Morphologisch allerdings zeigt die Ethambutol-Behandlung eine frappierende Wirkung: Aus den ehemals langgezogenen Stäbchen werden im Verlauf der Zellteilungszyklen immer kugelförmigere Bakterien. Schon dieses Phänomen ist für Bramkamp ein besonders starkes Argument dafür, die Wirkungsweise gängiger Mittel genauestens zu untersuchen: Es zeigt, dass die Zellen in die sogenannte stationäre Phase übergehen, eine Art Schlafstadium, das sie unangreifbar macht für Antibiotika, die sich ja gegen wachsende Zellen richten. „Mit Ethambutol allein würde man die Erreger also in einen Zustand bringen, in dem man sie gewiss nicht haben möchte“, mahnt Bramkamp. Allerdings ergänzen und verstärken Antibiotika, die in die Peptidoglykansynthese eingreifen, Ethambutol in seiner Wirkung. Der Zellteilungsapparat, so hofft der LMU-Forscher aufgrund der neuen Erkenntnisse, bietet sich daher als ein weiteres Angriffsziel für neue Antibiotika an.

Publikation:
mBio 2017

Externer Link: www.uni-muenchen.de

UR SMART – Social Media-Analysetool

Pressemitteilung der Universität Regensburg vom 01.02.2017

Wissenschaftler der Universität Regensburg entwickeln Prototyp für Unternehmen

Wirtschaftsinformatiker um Prof. Dr. Susanne Leist, Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik III an der Universität Regensburg, haben mit UR SMART – Universität Regensburg Social Media Analysis Research Toolkit – den Prototyp eines Analysetools für kleine und mittlere Unternehmen entwickelt, mit dem sich Onlinebeiträge von Nutzern in sozialen Medien wie Facebook und Twitter automatisiert auswerten lassen. Unternehmen können auf diese Weise wertvolle Einblicke in aktuelle Kundenmeinungen und -bedürfnisse gewinnen.

Soziale Technologien gewinnen sowohl im Privatleben als auch betrieblichen Umfeld zunehmend an Popularität. Internetnutzer ersetzen traditionelle Kommunikationskanäle immer mehr durch Social Media-Plattformen und tauschen ihre Erfahrungen mit Services, Leistungen oder Produkten von Unternehmen über soziale Kanäle aus. Den Unternehmen steht dadurch eine Fülle an Informationen über Kundenmeinungen und -anforderungen zur Verfügung. Allerdings bieten am Markt erhältliche Softwarelösungen nur eingeschränkte Funktionalitäten an, um diese Informationen strukturiert und bedarfsgerecht analysieren zu können. Gleichzeitig fallen hohe Lizenzkosten an, die sich kleinere und mittlere Unternehmen mit begrenztem Budget oft nicht leisten können. Zudem berücksichtigen existierende Softwarelösungen die Besonderheiten von Onlinebeiträgen in sozialen Kanälen von Unternehmen, wie z. B. regionalen Dialekt oder das gehäufte Auftreten branchenspezifischer Fachausdrücke, nur unzureichend, was zu ungenauen oder falschen Analyseergebnissen führt. Viele Unternehmen analysieren daher nutzergenerierte Social Media-Beiträge noch manuell.

Die Regensburger Wissenschaftler um Professor Dr. Susanne Leist und Dr. Florian Johannsen (Projektleitung), wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik III, haben mit UR SMART ein Social Media-Analysetool entwickelt, mit dem sich Onlinebeiträge von Nutzern in sozialen Medien wie Facebook und Twitter automatisiert auswerten lassen. So werden Kundenposts der Facebook- und Twitter-Auftritte von Unternehmen hinsichtlich ihrer Tonalität – positive, neutrale oder negative Aussagen – analysiert und anschließend auf Basis vordefinierter Kategorien wie z. B. Produkt, Service, Marke, oder Kampagne eingestuft. Neben der Auswertung der Nutzerbeiträge generiert UR SMART entsprechende Berichte und liefert damit wertvolle Einblicke in Meinungen und Bedürfnisse der Kunden. Unternehmen entwickeln auf diese Weise nicht nur ein besseres Verständnis für ihre Kunden, sondern erhalten auch wertvolle Hinweise darauf, wie sich Produkte und Dienstleistungen nachhaltig und substanziell verbessern lassen. Für die technische Realisierung des Prototyps wurde auf etablierte Verfahren zur Analyse schwach strukturierter bzw. unstrukturierter Textdaten zurückgegriffen, wie z. B. Natural Language Processing, Text Mining, Web Mining und Information Retrieval, die für die Anwendung im Rahmen von UR SMART angepasst wurden. Konzeption und Evaluation des Prototyps fanden in enger Kooperation mit fünf Partnerunternehmen– JAKO-O, Wehrfritz, Haba, Northkite sowie Knaus Tabbert – aus der Region statt. In künftigen Arbeiten wird der Prototyp zielgerichtet weiterentwickelt und um neue Funktionalitäten ergänzt, z. B. zur Analyse multimedialer Inhalte wie Fotos und Videos oder zur automatischen Generierung von Handlungsempfehlungen zur Optimierung betrieblicher Abläufe.

Das Projekt UR SMART ist ein Teilprojekt des Kompetenzzentrums „Mobile Business und Social Media“ der Universitäten Regensburg, Ulm, Passau und Bamberg sowie der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Landshut. Das Zentrum wurde im Juli 2015 eingerichtet und erhält bis Ende 2019 eine Förderung des Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie im Rahmen des „Internetkompetenzzentrums Ostbayern“. Zu den Forschungsthemen des Kompetenzzentrums gehören u. a. die Wissensgenerierung durch die Analyse von Social Media-Inhalten und -Strukturen, die Nutzung von Social Media im internen Informationsmanagement sowie intelligente mobile Applikationen. (Claudia Kulke)

Publikation:
UR SMART: Social Media Analysis Research Toolkit. In: Proceedings 37th International Conference on Information Systems (ICIS 2016), Dublin.

Externer Link: www.uni-regensburg.de

technologiewerte.de – MOOCblick Februar 2017

Spannende Themen, herausragende Dozenten und flexible Lernmöglichkeiten tragen zum wachsenden Erfolg der Massively Open Online Courses (MOOCs) bei – offene, internetgestützte Kurse mit einer Vielzahl an Teilnehmern rund um den Globus.

Folgender Kurs – zu finden auf der MOOC-Plattform edX – sollte einen Blick wert sein:

Understanding Venture Capitalists: How to Get Money for Your Start Up
Malte Brettel (RWTH Aachen University) et al.
Start: 13.02.2017 / Arbeitsaufwand: 24-30 Stunden

Externer Link: www.edx.org