08.02.2023

Proteinmuster durch Strömung kontrollieren

Flüssigkeitsströmungen haben spürbaren Einfluss auf zelluläre Proteinmuster.

Die Bildung von Mustern ist ein universelles Phänomen, das fundamentalen Prozessen in der Biologie zugrunde liegt. So positionieren und steuern zum Beispiel Konzentrations­muster von Proteinen wichtige Prozesse in Zellen, die etwa Zellteilung, Polarität und Bewegung betreffen. Diese Proteinmuster entstehen aus dem Zusammen­spiel von chemischen Reaktionen und räumlichem Transport der Proteine. Transport kann prinzipiell passiv (durch Diffusion) oder aktiv (durch Strömungen) erfolgen. Anders als Diffusion weist Transport durch Strömungen eine klare Vorzugsrichtung auf. Der Einfluss von Strömungen auf Protein­muster wurde bislang wenig erforscht.

 

Abb.: Erwin Frey in seinem Büro, auf dem Bildschirm sind Strömungs­muster...
Abb.: Erwin Frey in seinem Büro, auf dem Bildschirm sind Strömungs­muster von Min-Proteinen zu sehen. (Bild: LMU)

Ein Team um den LMU-Physiker Erwin Frey hat nun in Zusammenarbeit mit Cees Dekker, Professor an der Delft University of Technology, diesen Aspekt am Beispiel des Min-Protein-Systems von E. coli untersucht. Die Forscher kombinierten dazu numerische Simulationen theoretischer Modelle und Experimente mit Min-Proteinen in Mikro­fluidik­kammern, in denen die Proteine an synthetische Membranen binden. Dabei konnten die Wissenschaftler zeigen, dass Flüssigkeitsströmungen Bewegung und Ausrichtung der membran­gebundenen Proteinmuster verursacht.

Überraschenderweise können sich die wellenförmigen Muster sowohl mit der Strömungsrichtung als auch gegen diese bewegen. Welcher Fall eintritt, hängt vom Verhältnis der Protein­konzentrationen ab. Die Forscher zeigen, wie die Bewegungsrichtung der Muster auf subtile Weise von den chemischen Reaktionen zwischen den Proteinen abhängt.

„Die Ausbreitungsrichtung ist unterschiedlich, weil der Massenstrom die Protein­konzentrationen im Zellplasma verschiebt, aber keine direkten Auswirkungen auf Proteine hat, die bereits an der Membran gebunden sind. Dadurch hängt die Reaktion auf die Strömung von der An- und Ablagerung der Proteine an der Membran ab“, sagt Frey. Wie die Forscher berichten, könnten Flüssigkeits­strömungen daher als vielseitiges Werkzeug genutzt werden, um Proteinmuster zu kontrollieren und molekulare Mechanismen der Muster­bildung zu untersuchen.

LMU / DE

 

Weitere Infos

Sonderhefte

Physics' Best und Best of
Sonderausgaben

Physics' Best und Best of

Die Sonder­ausgaben präsentieren kompakt und übersichtlich neue Produkt­informationen und ihre Anwendungen und bieten für Nutzer wie Unternehmen ein zusätzliches Forum.

Jobbörse

Physik Jobbörse in Freiburg und Berlin
Eine Kooperation von Wiley und der DPG

Physik Jobbörse in Freiburg und Berlin

Freiburg, 13.-14.03.2024, Berlin, 19.-21.03.2024
Die Präsentationen dauern jeweils eine Stunde, am Ende der Veranstaltung ist Zeit für Q&A eingeplant.

Meist gelesen

Photo
14.09.2023 • NachrichtForschung

Knick im Jet

Verbogener Jet aus supermassereichem schwarzem Loch vermutlich auf Präzession der Jet-Quelle zurückzuführen.

Themen