Archiv des Monats: Juli 2012

Neue Technologie ermöglicht tiefen Blick in Proteinstrukturen

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Medienmitteilung der Universität Basel vom 09.07.2012

Proteine können ihre biologischen Aufgaben nur dann korrekt erfüllen, wenn sie eine stabile räumliche Struktur einnehmen. Dabei festigen unzählige Wasserstoffbrücken die Proteingebilde. Mit einem neuartigen Messverfahren, der Kernmagnetresonanzspektroskopie (NMR) unter hohem Druck, ist es nun Prof. Stephan Grzesiek und Dr. Lydia Nisius vom Biozentrum der Universität Basel gelungen, einen bisher einmaligen Einblick in das Netzwerk von Wasserstoffbrücken und deren Bedeutung für die Proteinstabilität zu gewinnen. Die Ergebnisse sind im renommierten Fachjournal «Nature Chemistry» veröffentlicht.

Proteine bestehen aus einer Abfolge von Aminosäuren und übernehmen wichtige physiologische Funktionen, wie beispielsweise den Transport von Stoffwechselprodukten. Damit die Proteine ihre physiologischen Aufgaben in der Zelle wahrnehmen können, müssen sie durch Faltungen ihrer linearen Aminosäurekette eine stabile dreidimensionale Struktur bilden. Diese räumliche Anordnung wird unter anderem durch ein Netzwerk aus Wasserstoffbrücken bestimmt. Bisher war allerdings unklar, welche Wasserstoffbrücken genau für die Stabilität der Struktur von Bedeutung sind. Mit einer kürzlich entwickelten NMR-Methode unter Einsatz einer neuen Hochdruckzelle gelang es Prof. Stephan Grzesiek und Dr. Lydia Nisius nun erstmals, die Stabilität von Wasserstoffbrücken des Proteins Ubiquitin vollständig zu charakterisieren.

Stabile Wasserstoffbrücken über weite Distanzen

Die Stabilität von thermodynamischen Systemen, wie es Proteine sind, kann durch Druck- und Temperaturveränderungen analysiert werden. Am Modellprotein Ubiquitin untersuchten die Wissenschaftler wie jede einzelne der 31 Wasserstoffbrücken zur Stabilität der Proteinstruktur beiträgt. Dafür wurde jede Wasserstoffbrücke bei sich ändernden Druck- und Temperaturverhältnissen genau ausgemessen. Durch die neue Druckzelle war es möglich, das Protein im NMR-Gerät einem Druck von bis zu 2’500 bar auszusetzen. Dies entspricht dem Schweredruck einer Wassersäule von 25 Km Höhe. Dabei erwiesen sich Wasserstoffbrücken, die in der Sequenz benachbarte Aminosäuren verbinden, als besonders stabil, während Brücken zu entfernten Aminosäuren generell instabiler waren.

Erstaunlicherweise zeigten sich jedoch Ausnahmen zur Regel: Wasserstoffbrücken, die wichtige Stellen des Ubiquitins miteinander verbinden, können gleichzeitig sehr grosse Entfernungen überspannen und trotzdem extrem stabil sein. Dies betraf vor allem den Teil der Struktur, mit der Ubiquitin an andere Proteine bindet. Ubiquitin ist in der Zelle unter anderem für die Qualitätskontrolle der Proteine zuständig. Indem es sich an fehlerhaft gefaltete Proteine anhängt, markiert es diese für den Abbau. Die spezifische Stabilisierung der Struktur an dieser Bindungsstelle ist demnach sehr wichtig, um die Proteinstruktur unter mechanischem Stress in der Zelle zu bewahren und damit seine korrekte Funktion zu gewährleisten.

Zukunftsweisende Hochdruck-NMR Technologie

Mit der genauen Charakterisierung von Ubiquitin durch Hochdruck-NMR konnten Nisius und Grzesiek nicht nur die hohe thermodynamische Stabilität dieses Proteins erklären, sondern zudem die Teile der Struktur identifizieren, die dafür verantwortlich sind. Die Arbeit gibt Einblicke in die vielseitigen und sich ständig erweiternden Möglichkeiten der NMR-Spektroskopie. Mit dem Einsatz dieser neuartigen Technologie können über die reinen Strukturinformationen hinaus auch Erkenntnisse zu den thermodynamischen Eigenschaften von Biomolekülen und so zum Verständnis ihrer Funktion gewonnen werden.

Originalbeitrag:
Lydia Nisius and Stephan Grzesiek
Key stabilizing elements of protein structure identified through pressure and temperature perturbation of its hydrogen bond network
Nature Chemistry, published online 8 Jul 2012 | doi:10.1038/nchem.1396

Externer Link: www.unibas.ch

Mensch und Maschine Hand in Hand

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Pressemitteilung der Universität Passau vom 16.07.2012

Roboter, die sich frei durch den Raum bewegen, einfach steuern lassen und Menschen mit Behinderung den Wiedereinstieg ins Arbeitsleben ermöglichen: Ein bayernweites Forschungsprojekt will aus Maschinen Kollegen machen, Wissenschaftler der Uni Passau entwickeln dafür neue Ansätze zur millimetergenauen Positionsbestimmung in geschlossenen Räumen.

Ulrich Sommer hat einen pragmatischen Traum: Der Fachreferent für Arbeits- und Tagesstruktur bei der Diakonie Neuendettelsau wünscht sich Arbeitsplätze ohne unüberwindbare Hürden für Beschäftigte mit Behinderung – wie etwa Gegenstände, die sie nicht heben und Geräte, die sie nicht bedienen können oder viele verschiedene Abläufe, die sie überfordern. Dafür sollen Roboter sorgen, die Teil-Aufgaben erledigen – und sich im Gegensatz zu gängigen Industrielösungen frei durch den Raum bewegen, mehrere Arbeitsschritte beherrschen, Hindernisse selbstständig erkennen und durch einen Zeigestift dirigiert werden. Informatiker der Universität Passau arbeiten gemeinsam mit Kollegen der Universitäten Erlangen-Nürnberg und Würzburg und dem Unternehmen Reis Robotics im Projekt AsProMed an einem System, das diese technischen Herausforderungen nutzerfreundlich lösen will. Um die Träume vieler Beschäftigter aus den Werkstätten für behinderte Menschen von einer spannenden Tätigkeit zu erfüllen, müssen viele einzelne Technologien kombiniert werden. „Mensch und Maschine arbeiten Hand in Hand. Wir müssen also die Sicherheit der Arbeiter im direkten Kontakt mit dem Roboter garantieren können. Das umfasst die Integration neuartiger Sensorsysteme, Kollisionserkennung und -vermeidung sowie neue Funktionalitäten im Bereich ‚Augmented Reality‘, die Maschinendaten und Abläufe auf einer Benutzeroberfläche verständlich machen“, erklärt Dr. Manfred Dresselhaus, Koordinator für Forschungsprojekte bei Reis Robotics.

Damit alles klappt, muss der Roboter zunächst genau wissen, wo er steht, wo er hin soll und welche Hindernisse im Weg sind. Im Fall der Diakonie Neuendettelsau soll er die Beschäftigten bei der Produktion von maßgefertigten Industriepaletten unterstützen. „Der Mitarbeiter benutzt einen Stift als Steuergerät – die Maschine bewegt sich zur Stelle, auf die er ihn richtet, oder jagt genau dort einen Nagel ins Holz. Dann kann auch jemand im Rollstuhl oder mit nur einem Arm in diesem Bereich arbeiten – wenn der Roboter die Anweisungen millimetergenau umsetzt“, erklärt Gerald Pirkl, Mitarbeiter am Lehrstuhl für Informatik mit Schwerpunkt Eingebettete Systeme. Darin liegt die besondere Herausforderung: Satellitengestützte Methoden wie z.B. GPS stehen in Gebäuden nicht zur Verfügung. Andere Techniken auf Basis von Ultraschall oder WLAN sind für das Anwendungsgebiet zu ungenau und störanfällig, professionelle Systeme auf Basis von Elektromagnetischen Feldern bieten zwar ausreichende Genauigkeit, sind aber für viele Anwendungsgebiete zu teuer und unflexibel. „Wir forschen an einem industriereifen Verfahren, dessen Herstellungskosten so niedrig sind, dass Anwender wie soziale Betriebe sich die Technik leisten können“, sagt Pirkl. Lediglich mit Draht und Prozessoren haben er und seine Kollegen einen Sender entwickelt, der ähnlich wie GPS funktioniert: Kleine Spulen erzeugen ein Magnetfeld, das ein Empfänger – der Eingabestift des Diakoniemitarbeiters – misst und in Abhängigkeit von den Signalstärken zur Berechnung der eigenen Position und Ausrichtung nutzt.

Die Modellierung der Signale und die Fähigkeit von Hard- und Software, Störquellen herauszurechnen, entscheiden über die Genauigkeit des Systems. Ab März 2013 soll es in der Praxis der Diakonie-Werkstatt in Polsingen erprobt werden. „Das bringt unseren Mitarbeitern nicht nur Motivation, weil sie erleben, wie sie eine Einschränkung überwinden können. Es gibt uns auch die Möglichkeit, auf einem strammen Markt die Paletten-Stückzahlen zu erhöhen und noch konkurrenzfähiger zu werden“, erklärt Diakonie-Referent Sommer.

„Wir entwickeln eine Grundlagentechnik, die auch in anderen Bereichen genutzt werden kann“, sagt Uni-Mitarbeiter Gerald Pirkl. Reis Robotics schweben etwa langfristig medizinnahe Anwendungen von Assistenzsystemen vor. Pirkl denkt da häuslicher – an Anwendungen des ‚Assisted Living‘, also Geräte, die sich abschalten, sobald der Benutzer sich von ihnen zu weit und zu lange entfernt oder an Supermärkte, deren Waren entsprechend der Laufwege von Kunden platziert werden. Und dort womöglich auf Paletten der Diakonie Neuendettelsau angeliefert wurden.

Das Forschungsprojekt AsProMed Das Forschungsprojekt „Assistenzsysteme für die Produktion und für medizinnahe Anwendungen“ wird von der Europäischen Union aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und vom Freistaat Bayern kofinanziert. Es hat eine Laufzeit von drei Jahren (bis 2013). (Steffen Becker)

Externer Link: www.uni-passau.de

Tanz der Moleküle, chemisch choreographiert

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Pressemitteilung der Universität Stuttgart vom 11.07.2012

Neue Methodik für die templatgesteuerte Synthese

Der Aufbau neuer genetischer Abschnitte gleicht auf der molekularen Ebene einem Paartanz, bei dem sich zwei Partner die Hände reichen: Ein Partner befindet sich in einer bereits existierenden Kette von Buchstaben, der andere schließt ihn in die Arme. In der Natur wird dieser Vorgang von einer komplizierten Enzym-Maschinerie gesteuert – ob es auch ohne sie geht, versuchen Chemiker seit Jahren herauszufinden. Andreas Kaiser, Sebastian Spies und Prof. Clemens Richert vom Institut für Organische Chemie der Universität Stuttgart haben nun Bedingungen gefunden, die eine spontane Paarbildung zu lassen und berichten darüber in der aktuellen Ausgabe der führenden Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“. Das Verfahren könnte neuartige diagnostische Tests in der Genforschung ermöglichen.

Wissenschaftlich gesprochen lagern sich bei dem Paartanz Moleküle, deren Gestalt komplementär ist, durch schwache Wechselwirkungen zusammen, so dass ein enger Kontakt entsteht. Dieses Prinzip der „molekularen Erkennung“ wird auch von der Natur genutzt: Millionfach lagern sich die Buchstaben des genetischen Alphabets an eine existierende Buchstabensequenz (ein Gen) an und bilden einen Tochterstrang. So werden Gene dupliziert, bevor sich Zellen teilen, und jede Tochterzelle erhält eine komplette Kopie der genetischen Information. In der Zelle sorgt eine komplizierte Enzym-Maschinerie dafür, dass alle Reaktionen schnell genug ablaufen und dass sich immer die passenden Buchstaben an die existierende Vorlage (Templatstrang) anlagern, also die Basenpaarungs-Regeln der DNA-Forscher James Watson und Francis Crick befolgt werden.

Seit Jahren versuchen Chemiker herauszufinden, ob die Paarbildung zwischen den Einzelbuchstaben und der Vorlage auch ohne die enzymatische Maschinerie spontan, allein aufgrund der Struktur der Bausteine ablaufen kann. Bisher war es möglich, kurze DNA-Abschnitte rein chemisch aufzubauen. Die Bedingungen für diese Synthesen sind aber so streng, dass eine Paarbildung unterdrückt wird.

Die Gruppe um Prof. Richert von der Universität Stuttgart fand nun Bedingungen, die die Paarbildung zulassen und deren chemische Reaktionsfreudigkeit dennoch ausreicht, um einen Kettenaufbau zu erlauben. Sie zeigten, dass so genannte „Schutzgruppen“ an der reaktiven Stelle der Einzelbuchstaben eine Freilegung der Reaktivität zu einem gewünschten Zeitpunkt ermöglichen. Erst wenn ein bestimmtes Reagenz zugegeben wird, kommt es zur Verknüpfung. Diese Bedingungen sind so „mild“, dass die spontane Paarbildung nicht gestört wird. Die Stuttgarter Chemiker konnten so bis zu zehn rein chemische Einbauschritte verfolgen und darüber hinaus zeigen, dass das Wachstum der Tochtersequenz nicht nur an einem Ende sondern sogar gleichzeitig an beiden Enden erfolgen kann. Dies lässt die Natur mit ihrer ausgeklügelten enzymatischen Maschinerie nicht zu.

Das neue Verfahren, das Charakteristika bekannter chemischer Syntheseverfahren mit biologisch inspirierten Schritten vereint, könnte es in Zukunft ermöglichen, die Sequenz von krankmachenden Genen leichter auszulesen. Auch für den spontanen Aufbau von kleinsten Formteilen könnte die Methodik interessant werden. Man spricht hier von DNA-Nanostrukturierung. Zunächst aber plant die Stuttgarter Gruppe Versuche, bei denen die Abfolge mehrerer spontaner „molekularer Tänze“ wie in einem Film aufgezeichnet werden können.

Publikation:
Andreas Kaiser, Sebastian Spies, Tanja Lommel, Clemens Richert: Template-Directed Synthesis in 3′- and 5′-Direction with Reversible Termination, Angewandte Chemie

Externer Link: www.uni-stuttgart.de

Segeln mit Nerven aus Glas

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Presseinformation (Forschung Kompakt) der Fraunhofer-Gesellschaft vom 02.07.2012

Im Rennsport können winzige Details über Sieg oder Niederlage entscheiden. Die Hersteller von Rennyachten suchen daher ständig nach neuen Technologien, um Boote und Besegelung zu optimieren. Eine ausgetüftelte Sensorik hilft jetzt, Grenzen zu überschreiten.

Die Sehnsucht nach immer neuen Rekorden hat den Bootsbau zu einem Hightech-Geschäft gemacht. Die Rennyachten, die heute bei den internationalen Regatten an den Start gehen, sind auf Höchstgeschwindigkeit getrimmte Sportgeräte. Seit Jahrzehnten werden die Boote optimiert, doch unlängst schien die Grenze erreicht: Bei der fünften Etappe des »Volvo Ocean Race« im Frühjahr 2012 von Neuseeland nach Brasilien erreichte nur eines von sechs Teams ohne technische Probleme das Ziel – alle anderen mussten unterbrechen oder aufgeben. Die Regatta eskalierte zur Materialschlacht. Dabei sind die Yachten die besten der Welt: »Diese Boote sind sehr gut gebaut«, beteuert Ian Walker, Skipper des Teams Abu Dhabi Ocean Racing. »Ich glaube nur, wir nehmen sie zu hart her und sie sind so steif und so leicht, dass ich glaube, sie müssen zwangsläufig brechen.« Wie also baut man Yachten, die schneller sind als der Wind und doch so stabil, dass sie den harten Bedingungen auf hoher See trotzen können?

Mit Sensorik auf Kurs gebracht

Ein neues Sensorsystem vom Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik HHI kann helfen, Schwachstellen rechtzeitig aufzuspüren und Segler warnen, wenn die Belastungsgrenze erreicht ist. Prof. Dr. Wolfgang Schade und sein Team in der Projektgruppe Faseroptische Sensorsysteme in Goslar haben Nerven aus Glas entwickelt, mit denen sich die Kräfte messen lassen, die auf Rümpfe, Masten und Segel wirken. Eigentlich wurde die Technik für das Monitoring von Windkraftanlagen erarbeitet. Dort sind Rotorblätter und Kabel hohen Belastungen ausgesetzt. »Mit faseroptischen Sensoren können wir Delaminationen oder auch Risse in einem frühen Stadium detektieren – lange bevor Brüche oder Ausfälle auftreten«, erklärt der Physiker. »Man benötigt nur ein Glasfaserkabel. In dieses lassen sich Dutzende von Sensoren integrieren.« Das Herzstück der neuen Technik sind »Faser-Bragg-Gitter«, mikroskopische Strukturen, die in definierten Abständen in die Glasfaser integriert sind, und die den Brechungsindex verändern. Licht, das durch die Glasfaser rast, wird von diesen Gitterpunkten reflektiert. Die Wellenlänge des reflektierten Lichts ist abhängig vom Abstand der mikroskopischen Strukturen: Jede Dehnung oder Stauchung der Glasfaser verändert die Wellenlänge. Um das Reflexionsspektrum schnell und kostengünstig messen zu können, haben die Forscher ein Mini-Spektrometer entwickelt. Es besteht aus einem Chip, der Licht in verschiedene Frequenzen aufspaltet. Durch Analyse des Frequenzspektrums können die Experten Rückschlüsse ziehen auf die Kräfte, denen die Glasfaser gerade ausgesetzt ist.

Die Idee, die Messtechnik auch auf Segelbooten einzusetzen, kam Schade während eines Törns im Herbst 2010: »Beim Segeln geht es darum, den Wind optimal zu nutzen und möglichst schnell zu sein, gleichzeitig muss man aber verhindern, dass die Belastungsgrenze überschritten wird. Faseroptische Sensoren können dabei helfen, die Kräfte, denen Rumpf, Mast und Segel ausgesetzt sind, während der Fahrt in Echtzeit zu bestimmen.« Dass sich die Sensoren eignen, um den Segelsport voranzutreiben, konnte Schade wenige Monate später beweisen. Auf der Düsseldorfer Bootsmesse lernte er Jens Nickel kennen, den Chef der Segelwerkstatt Stade. In Nickels Werkstatt wurden in Zusammenarbeit mit dem Tuchhersteller Dimension Polyant ein Großsegel und eine Genua mit einem Spinnennetz aus Glasfasern, das 45 Messpunkte enthielt, versehen und beim anschließenden Probetörn vermessen. »Es stellte sich heraus, dass die Zugspannung im Segelkopf, ganz oben im Segel, höher war als bisher angenommen«, so Nickel. »Die Belastung im Schothorn, dem unteren, hinteren Teil des Segels und im gesamten Achterlieksbereich, der das hintere Ende eines Segels bildet, waren hingegen geringer als gedacht.« Die Segelwerkstatt Stade nutzte die Daten sofort, um die Verarbeitung ihrer Segel zu optimieren. Die stark belasteten Bereiche wurden verstärkt, in den weniger beanspruchten Zonen setzt der Segelmacher jetzt leichteres Material ein.

Als nächstes wollen Schade und sein Team die Messtechnik fit machen für den Einsatz im Wettkampf. »Wir haben jetzt Segellatten mit faseroptischen Sensoren ausgerüstet, die Sportlern künftig dabei helfen können, den optimalen Trimm zu finden. Das ist die Segelstellung, mit der das Boot bei bestimmten Wind- und Wellenverhältnissen am schnellsten ist«, so Schade. Die faseroptischen Sensoren und die angeschlossene, zigarettenschachtelgroße Messtechnik, die LED-Lichtquelle, Spektrometer und Elektronik enthält, liefern erstmals reproduzierbare Werte, die anzeigen, in welchen Bereichen zu viel oder zu wenig Druck herrscht oder wie sich die Belastungszonen verschieben, wenn beispielsweise die Schoten dichter geholt werden. Die Ergebnisse der Sensortechnik sollen an Bord jederzeit und überall abrufbar sein – eine App, die das Abrufen der Echtzeitdaten via Smartphone erlaubt, hat Schades Team bereits entwickelt. Das neue Messsystem kommt unter dem Markenamen NextSailSystem demnächst auf den Markt.

Externer Link: www.fraunhofer.de

Neuartiger Ansatz enttarnt Datenmissbrauch auf mobilen Endgeräten

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Pressemitteilung der Universität des Saarlandes vom 05.07.2012

Immer häufiger tun Mini-Programme auf internetfähigen Mobiltelefonen und Tablet-Rechnern mehr als sie vorgeben. Im Verborgenen leiten die „Apps“ private Daten an Dritte weiter. Gegen diesen Datenmissbrauch haben Saarbrücker Informatiker nun einen neuen Ansatz entwickelt. Sie können mit der App „SRT AppGuard“ dem Datenklau einen Riegel vorschieben. Der Clou: Für den Schutz müssen die verdächtigen Programme weder vorab bekannt sein, noch muss das Betriebssystem des Smartphones verändert werden. Stattdessen greift die kostenlos erhältliche App den Programmcode der digitalen Spione an.

„Mein Smartphone weiß fast alles über mich: Angefangen von meinem Namen, meiner Telefonnummer, meiner E-Mail-Adresse, über meine Interessen bis hin zu meinem aktuellen Aufenthaltsort“, erklärt Informatik-Professor Michael Backes, der an der Universität des Saarlandes das Center für IT-Security, Privacy and Accountability leitet. „Und es kennt sogar meine Freunde bestens. Deren Kontaktdaten speichert es ja auch“, so Backes. Daher wundere es ihn nicht, dass zahlreiche Mini-Programme, sogenannte Apps, einfache Anwendungen vorspielen und im Hintergrund die Kennnummer des Gerätes, den eigenen Aufenthaltsort oder sogar die Kontaktdaten von Freunden, Kollegen und Kunden an einen Server irgendwo im Internet verschicken.

Solche Szenarien malen die Hersteller von Anti-Viren-Software schon seit längerem in den grellsten Farben aus, inzwischen liefern auch wissenschaftliche Studien Beweise für die Bedrohung. So kam eine Studie der US-amerikanischen University of California in Santa Barbara zu dem Ergebnis, dass von 825 untersuchten Apps für das iPhone und dessen Betriebssystem iOS 21 Prozent die Identifikationsnummer, vier Prozent die aktuelle Position weitergeben und 0,5 Prozent sogar das Adressbuch kopieren. Auch die staatlich geförderte „Stiftung Warentest“ stufte Ende Mai dieses Jahres beim Test der Datensicherheit von 63 beliebten Apps neun davon als „sehr kritisch“, 28 als „kritisch“ ein.

Michael Backes und seine Forschergruppe schieben diesem Missbrauch nun einen Riegel vor. Ihr Ansatz richtet sich dabei auf Android. Es ist das am weitesten verbreitete Betriebssystem für Smartphones und Tablet-Rechner. Vom Softwarekonzern Google entwickelt, wird dieses frei verfügbare Betriebssystem von verschiedenen Handy-Herstellern genutzt und seit November 2011 täglich auf mehr als 700000 Geräten aktiviert.

Android ist jedoch für seine rigorose Rechtevergabe bekannt. Will der Anwender die heruntergeladene App installieren, erfährt er mittels einer Liste, welche Zugriffsrechte auf Daten (Ort, Kontakt, Fotos) und Funktionen (Internet, Ortung) diese fordert. Nun hat er nur zwei Möglichkeiten: Entweder er akzeptiert alle Bedingungen oder die App wird nicht installiert. Nach der Installation können die Rechte nicht mehr rückgängig gemacht werden. „Hinzu kommt, dass viele Entwickler generell alle Rechte für ihre App anfordern, weil das Rechtekonzept von Android missverständlich ist, sie aber den reibungslosen Betrieb ihrer App sicherstellen wollen“, erklärt Philipp von Styp-Rekowsky, Doktorand am Lehrstuhl für IT-Sicherheit und Kryptografie.

Diese Friss-oder-Stirb-Strategie legen die Saarbrücker Forscher ad acta. Die auf ihrem Ansatz basierende App „SRT AppGuard“ stellt für jede auf dem Smartphone installierte Anwendung fest, worauf diese zugreift und zeigt dies dem Anwender an. Dieser kann nun jederzeit der jeweiligen App die Rechte dafür entziehen oder neu gewähren. Die Forscher haben die App bereits auf der Plattform „Google Play“ veröffentlicht. Sie kann von dort kostenlos heruntergeladen werden. Sie funktioniert einwandfrei ab den Android-Versionen 3.x.x, die seit Anfang 2011 verwendet werden.

Die Entwicklung der App hatte das von Backes 2010 gegründete Unternehmen Backes SRT GmbH übernommen. Es hat seinen Sitz ebenfalls auf dem Saarbrücker Campus. Neben dem Fachbereich Informatik der Saar-Uni und dem Center für IT-Security, Privacy and Accountability (CISPA) forschen und entwickeln dort außerdem das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz, das Max-Planck-Institut für Informatik, das Max-Planck-Institut für Software Systeme, das Zentrum für Bioinformatik, das Intel Visual Computing Institute und der Exzellenzcluster „Multimodal Computing and Interaction“.

Technischer Hintergrund

Für ihren Ansatz nutzen die Saarbrücker Informatiker die Tatsache aus, dass die Android-Apps in einer sogenannten virtuellen Maschine laufen, die in der Programmiersprache Java geschrieben ist. Die Apps werden daher nach der Installation als ausführbarer „Bytecode“ auf dem Smartphone abgespeichert. Hier setzt der „SRT AppGuard“ an. Während die verdächtige App läuft, untersucht er deren Bytecode nach den sicherheitskritischen Stellen, die ihm von den Saarbrücker Experten eingetrichtert wurden. Vor jede verdächtige Anweisung oder vor jeden Aufruf fügt er einen speziellen Überwachungscode ein. Dies ist nur einmal notwendig, da der so abgesicherte Bytecode anschließend den ursprünglichen ersetzt. Dieses Überschreiben erfordert meist nur wenige Sekunden und wenige Zeilen zusätzlichen Codes. Die Informatiker haben es für 13 Apps untersucht, darunter auch das populäre Spiel „Angry Birds“, die Musik-Identifikations-App „Shazam“ und die Social-Media Apps „Facebook“ und „WhatsApp“. Bei der zum Kurznachrichten-Dienst Twitter gehörigen App erfordert es beispielsweise 16,7 Sekunden und 48 zusätzliche Zeilen Code. „Das ist wie in einem Kunstmuseum“, erklärt von Styp-Rekowsky, „anstatt jeden Besucher zu überwachen, stattet man dort nur die wertvollen Gemälde mit einer unsichtbaren Alarmfunktion aus.“

Die Saarbrücker App kann jedoch noch mehr, als nur Alarm schlagen. Sie ist auch in der Lage, verdächtige Aufrufe abzublocken oder diese so zu ändern, dass sie kein Unheil anrichten. „Wir können somit auch verhindern, dass bereits bekannte Sicherheitslücken in der jeweiligen App oder des Android-Betriebssystems ausgenutzt werden“, ergänzt Professor Michael Backes. Diese Möglichkeit werde besonders wichtig, falls der Hersteller mit dem Ausbessern nicht zeitnahe nachkomme, so der Professor.

Externer Link: www.uni-saarland.de