PHASE EINS komplexe kontrolle mit licht - an der Goethe-Universität Frankfurt
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komplexe kontrolle mit licht PHASE EINS
1 Liebe Leserin, lieber Leser, was war Ihre erste Assoziation zu dem Wort »CLiC« – Lucky Luke, der schneller schießt als sein Schatten, oder Plattenbau, wo man das Umlegen des Lichtschalters durch seinen Nachbarn oder seine Nachbarin genüsslich miterleben kann, oder die Kuckucksuhr, die vor jedem zarten Gesang des hölzernen oder metallenen Vogels das klassische Geräusch ertönen lässt, oder der Computer, wo man mit einem Click die Welt verändern kann, oder gar die Idee, die Sie für Letzteres brauchen? Sie haben Recht, Sie liegen gar nicht so schlecht mit Ihrer Vermutung, denn dieses CLiC ist die elegante Mischung von allem. Keine Angst, es geht nicht um Zeitbomben, auch wenn die Frankfurter Rundschau dies 2008 dem Kollegen Heckel humoristisch andichtete. Vielmehr geht es darum, zu dem richtigen Zeitpunkt schneller als Lucky Luke einen Lichtschalter zu betätigen, um die innere Welt eines Moleküls oder einer Zelle zu verändern – ohne die Umgebung dadurch zu stören. Eine brillante Idee, oder? Aber damit nicht genug, CLiC bleibt nicht bei der Manipulation einer Zelle stehen, sondern zielt ganz bewusst auf die Veränderung von ganzen Organismen, nämlich von einer Kohorte von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in ihrer frühen Berufsphase – ihrer Promotion. Retrospektiv wird es interessant sein zu erfahren, wann es bei den jungen Kolleginnen und Kollegen CLiC(K) gemacht hat und ob das Licht sie am Ende erfolgreich gemacht hat. Ihnen wünsche ich viel Spaß beim Schmökern in der Broschüre, und wenn Sie auf der Suche nach dem richtigen CLICK sind, glauben Sie mir, dann sind Sie hier richtig! Prof. Dr. Enrico Schleiff Vizepräsident für Forschung der Goethe-Universität Gefördert durch
Foto: Uwe Dettmar 3 Strukturiertes Promovieren Gemeinsam statt jeder für sich Mit »CLiC« (»Complex Light Control«, also Komplexe Kontrolle mit Licht) hat es die Goethe-Universität seit langer Zeit wieder geschafft, ein Graduiertenkolleg durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert zu bekommen. Der Startschuss war im November 2014. Bei einem Graduiertenkolleg handelt es sich um eine ganz besondere Art der Forschungsförderung. Im Gegensatz zur »Individualpromotion«, die eben- falls möglich ist, wird hier sowohl Wert auf ein sehr hohes Niveau in der Forschung gelegt als auch ganz besonders auf ein bewusstes Gestalten und Weiterentwickeln des Prozesses der Promotion selbst. Daher stehen hier die Doktorandinnen und Doktoranden und deren Entwicklung im Fokus des Programms. Durch die zeitliche Synchronisation der Doktorar- beiten durchlaufen sie diese Entwicklung gemeinsam – als »Kohorte«. So entsteht jenseits der Zugehörigkeit jeder Doktorandin und jedes Dokto- randen zu einer Arbeitsgruppe ein Teamgeist innerhalb des gesamten wissenschaftlichen Projektes, für dessen Gelingen ein hochvernetztes Zusammenarbeiten über verschiedene Disziplinen unabdingbar ist. Durch eine gemeinsame wissenschaftliche Ausbildung im Graduiertenkolleg, beispielsweise in Form von Workshops und Mentoring, entsteht großes interdisziplinäres Verständnis. Und durch gezielt eingesetzte Elemente der Förderung entsteht neben der Wissenschaft auch Methodenkompetenz, denn das Auswerten, Darstellen, Präsentieren und Verteidigen der Inhalte und das Agieren in komplexen Netzwerken von Kollaborationspartnern gehört genauso zur Forschung wie das strategische Erarbeiten der wis- senschaftlichen Inhalte selbst. Prof. Dr. Alexander Heckel Sprecher des DFG-Graduiertenkollegs CLiC
Foto: Uwe Dettmar 5 deshalb auch nur einen einzigen Effekt FALTUNG, EINBAU UND WECHSELSPIEL DER DISZIPLINEN auslösen zu können, verfügen wir mittler- METHODEN All dies gelingt nur in einem sehr engen weile über ein »buntes Spektrum« an Mit diesen neuen Methoden der Licht- Wechselspiel aus Theorie, Synthese, Möglichkeiten der selektiven Anregung regulation untersuchen wir etwa die Spektroskopie und Anwendung. Daher in ein und demselben zu untersuchenden Faltungslandschaft von Proteinen und entwickeln wir neue Methoden, photo- System und können so mehrere Prozesse RNA – beides hoch komplexe Biomole- chemisches Verhalten vorherzusagen, an- oder ausschalten. Dieser Gedanke küle mit einer Vielzahl von Aufgaben im entwerfen mithilfe dieser Vorhersagen war sinngebend für das Logo von CLiC. Körper. Ähnlich wie bei Origami – der neue Verbindungen mit interessanten Kunst des Papierfaltens, bei der aus photochemischen Eigenschaften und demselben Blatt Papier viele Figuren stellen diese her, lösen komplexe photo- DAS BUNTE SPEKTRUM DER entstehen können – steckt hier oft die chemische Effekte aus und untersuchen MÖGLICHKEITEN Funktion in der Art und Weise, wie sich das Verhalten der Moleküle mit komple- Die wissenschaftliche Idee Ganz besonders untersuchen wir diese Moleküle falten oder entfalten xen spektroskopischen Methoden. Die beispielsweise eine neue Form der lassen, und das ist ein sehr facetten- neu erhaltenen Licht-Trigger bauen wir Licht ins Dunkel bringen Lichtstimulation, die wir VIPER (VIbrati- onally Promoted Electronic Resonance)* reicher Vorgang. In einem weiteren Schwerpunkt untersuchen wir Moleküle, ein in biologische Systeme. Ein wunderbares interdisziplinäres Feld nennen. Dabei kommen sowohl Infra- die in biologische Membranen eingebet- für ein Graduiertenkolleg. Wenn wir herausfinden wollen, wie spannend, wenn wir zu einem genau Organismus bringen kann. Man denke rotpulse als auch Licht im sichtbaren tet sind. Wir studieren Reaktionen, mit die Natur um uns herum funktioniert, festlegbaren Zeitpunkt genau ein einziges etwa an Laser und deren Einsatz in Mi Bereich zur Anwendung und können denen die Form der Lipidmoleküle der brauchen wir »Werkzeuge«. Das ist oder eine Gruppe von Pendeln anstupsen kroskopen oder Endoskopen. hoch spezifisch nur ganz bestimmte – Membranen gezielt verändert werden ähnlich wie bei einem Pendel. Stellen wir könnten – mit frei wählbarer Stärke. von uns vorbereitete – Moleküle anregen. kann. Und durch winzige, lichtsteuerba- uns vor, wir wüssten nicht wie ein Pendel Hin zu einer möglichen Anwendung in re Schlüssel-Schloss-Elemente in Pro- funktioniert, hätten aber eines, das in MOLEKÜLE – BLOCKIERT UND durchbluteten Geweben entwickeln wir teinen kann das räumliche Wechselspiel einer ausgelenkten Position arretiert ist. LICHT – HOCH SELEKTIV UND AKTIVIERT ferner Methoden, die Lichtregulation im dieser Proteine in lebenden Zellen or- Dann würden wir die Blockade lösen, VIELFÄLTIG roten Bereich des Spektrums durchfüh- chestriert werden. Dadurch können wir Ziel von »CLiC« (»Complex Light Con- das Pendel würde schwingen und wir ren können. Dies ist chemisch besonders die ausgelösten biologischen Funktionen Genau das ist der Grundgedanke, wenn trol«, also Komplexe Kontrolle mit Licht) könnten dies studieren. Aber irgendwann herausfordernd, würde aber eine große untersuchen. Außerdem entwickeln wir man Licht verwendet, um molekulare ist es, diese Technologie zu perfektio- würde das Pendel zum Stillstand kom- Eindringtiefe ermöglichen – wovon sich eine neue Methode der zeitaufgelösten Prozesse zu kontrollieren. Licht ist ein nieren und auf ausgewählte Fragestel- men. Wie viel interessanter wäre es aber, jeder überzeugen kann, indem man Massenspektrometrie*, bei der wir die wunderbarer »Adressierungsmecha- lungen anzuwenden. Zentraler Gedanke wenn wir das Pendel immer wieder aktiv seine Hand an eine Taschenlampe hält Reaktion von Molekülen in winzigen nismus« für orts-, zeit- und dosisaufge- ist das sogenannte »Caging«. Dabei auslenken und neue Beobachtungen und die Hand dann rot leuchten sieht. Tröpfchen in einer Tröpfchenfalle unter- löste Stimulation. Zum einen ist es bei werden Moleküle verwendet, deren anstellen könnten oder wenn wir es sogar Mit grünem oder blauem Licht geht das suchen. Durch einen Laserstrahl lassen richtiger Verwendung hoch selektiv, denn Aktivität vorübergehend durch eine mit periodisch anregen könnten – ähnlich wie nicht. Eine weitere Herausforderung, der sich dann gezielt chemische Reaktionen normalerweise reagieren nur die we- Licht abspaltbare Gruppe blockiert ist. ein Kind auf einer Schaukel, das lernt, wir uns stellen, ist die nichtlineare Optik auslösen. Zur zeitlich aufgelösten Analy- nigsten Systeme von Natur aus auf Licht. Diese Verbindungen können dann im zu immer wieder im genau richtigen Mo- mittels Zwei-Photonen-Anregung. Dabei se wird dieser Tropfen dann durch einen Gleichzeitig gibt es heutzutage aber eine untersuchenden System aktiviert werden ment das Gewicht richtig zu verlagern, kommen ultrakurz gepulste Laser zum zweiten Laserschuss zur Explosion Vielzahl von Techniken, mit denen man – genau wann, wo und wie stark man will. um noch höher schaukeln zu können. Einsatz, und man kann einen Lichtpunkt gebracht, und die geladenen Fragmente Licht sehr definierter Qualität und hoher Richtig interessant würde es dann, wenn Während es zum Beispiel noch vor erzeugen, wo normale Lichtquellen nur können untersucht werden. Intensität erzeugen und an vielen Stellen wir ein Netzwerk von Pendeln hätten, die einiger Zeit Standard war, dafür nur einen Lichtstrahl generieren. Erst mit in ein Reaktionsgefäß, ein Präparat unter sich gegenseitig beeinflussen in ihrem Licht einer einzigen Wellenlänge, einer diesem Lichtpunkt kann man eine echte dem Mikroskop, ein Gewebe oder einen Schwingungsverhalten. Dann wäre es einzigen Farbe verwenden zu können und dreidimensionale Auflösung erlangen. Wissenschaftliche Fachtermini sind in den Texten mit * gekenn- zeichnet und werden im Glossar ab Seite 82 erläutert.
Doktorandinnen und Doktoranden Andrés Arriagada Jan von Cosel Isam Elamri Konstantin Falahati Dean-Paulos Klötzner Heike Krüger Tobias Lieblein Julian de Mos seite 8 seite 10 seite 12 seite 14 seite 32 seite 34 seite 36 seite 38 Karl Gatterdam Carsten Hamerla Christopher Hammer Lisa-Marie Herzig Carsten Neumann György Pintér Matı̄ss Reinfelds Linda Schulte seite 16 seite 18 seite 20 seite 22 seite 40 seite 42 seite 44 seite 46 Andreas Jakob Daniela Kern-Michler Sara Keyhani Alina Klein Patrick Seyfried Dinh Du Tran Heidi Zetzsche seite 24 seite 26 seite 28 seite 30 seite 48 seite 50 seite 52
Foto: Uwe Dettmar Foto: Val Bromann, choosingfigs.com 8 tampé gruppe Was hat Sie nach Frankfurt an die Welcher Mensch kommt Ihnen in den Sinn, Willen nicht vorstellen, auf einer Farm zu Goethe-Universität gebracht? wenn Sie das Wort »erfolgreich« hören? leben. Ich genieße die Annehmlichkeiten der Stadt, und ich denke, es ist auch der Meine Eltern haben mir sehr nachdrück- Jesus. Er lebte und starb für das, was ihm beste Ort, um zu forschen. lich geraten, nach der Masterarbeit wichtig war, und nach vielen Generatio- für eine Zeit ins Ausland zu gehen. Ich nen versuchen Millionen von Menschen Wie gefällt Ihnen Frankfurt? Deutschland komme aus Chile. Also habe ich über so zu leben, wie er glaubte, dass es die allgemein? den Deutschen Akademischen Aus- beste Art sei. Außerdem mag ich Maria, Ich finde, Frankfurt hat viele sehr interes- tauschdienst nach einer passenden Stelle die Mutter von Jesus, weil sie Jesus gehol- sante Gebäude. Mir persönlich gefällt der Andrés Arriagada gesucht und dort die Arbeitsgruppe von fen hat, seine Verpflichtung zu erfüllen. Campus Riedberg der Goethe-Universität Robert Tampé gefunden. Zell-Modell Reisen Sie gerne? sehr gut. Vor allem wegen der guten Infra- Wie würden Sie sich selbst als Wissenschaft- struktur, die meiner Arbeit zugutekommt. Ich liebe es, zu reisen. Ich war schon in ler beschreiben? Und wie als Privatperson? Aber ich mag auch die historischen ganz vielen Gegenden Chiles, von der Gebäude in Frankfurt wie etwa den Dom. Die gute Seite: Ich bin sehr genau und Atacama-Wüste bis Patagonien. Außer- Und dann gefallen mir natürlich auch die sehr motiviert für die Forschung. Die dem war ich in Machu Picchu und im vielen originellen Wolkenkratzer. schlechte Seite: Ich bin eigensinnig und bolivianischen Salar de Uyuni, der größten Andrés Arriagada, 1987 im chilenischen langsam, wenn es darum geht, Kolla- Salzpfanne der Erde. Und jetzt freue ich Das hoch entwickelte deutsche Transport- Concepción geboren, hat an der Universidad borationspartner zu finden. Außerhalb mich darauf, durch Deutschland und Euro- system macht es zudem möglich, viele de Concepción Bioingenieurwesen studiert der Wissenschaft habe ich gerne meine pa zu reisen. schöne Orte und Gegenden zu besuchen und mit dem Master of Science abgeschlossen. Familie in der Nähe, unternehme etwas wie den Bodensee, das Schloss Neu- Anschließend hat er am Agriaquaculture Nutri- Sind Sie eher ein Stadtmensch oder ein mit Freunden und spiele Basketball. schwanstein oder das Kleinwalsertal in tional Genomic Center in Temuco/Chile sowie Landmensch? Photoaktivierbare Dimerisierung von Membranproteinen Österreich. an der Universität von Chile geforscht. Seit Ziel meiner Forschung ist es, die Wechselwirkung zwischen Proteinen 2014 promoviert Arriagada an der Goethe-Uni- Eindeutig ein Stadtmensch. Ich mag das mithilfe lichtinduzierter Prozesse zu kontrollieren, die eine hohe räumlich- versität im Arbeitskreis von Robert Tampé am Land, aber ich kann mir beim besten zeitliche Auflösung liefern. Wichtigster Meilenstein in diesem Projekt ist Institut für Biochemie. es, neuartige lichtaktivierbare Chelatverbindungen* in Membranproteine* einzubauen. Für diesen Einbau nutzen wir an den Proteinen Ankerstellen, die mehrfach die Aminosäure Histidin enthalten. Die derart modifizierten Proteine sind mit Licht aktivierbar. So ist es möglich, dass zwei Membran- proteine aneinander andocken. Diese Wechselwirkung ist hochspezifisch und wird auch durch die Gegenwart anderer Proteine und Aminosäuren nicht beeinflusst. In unserem Projekt werden wir ein Protein verwenden, das sich von dem Bakterium Thermus thermophilus ableitet und in einem künstlichen Zellmembran-Modell eingebettet ist. So ist es uns möglich, die Organisation von Membranproteinen besser zu verstehen. »Ich liebe es, zu reisen. Ich war schon in ganz vielen Gegenden Chiles, von der Atacama- Photoaktivierbare Dimerisierung des Mem- branproteins TmrAB: TmrAB wird mit der Wüste bis Patagonien.« selbstinhibierenden und mittels Licht aktivier- baren Verbindung tris-N-Nitrolotriessigsäure (trisNTA) modifiziert. Über die histidinreiche Ankerstelle wird die Dimerisierung induziert.
Foto: fotolia.com/prat Foto: Uwe Dettmar burghardt gruppe 11 »Beim Radfahren kann man gut Jan von Cosel den Kopf freibekommen« Gezielte Vorhersage Welche andere Disziplin, die von Ihrer eigenen weit entfernt ist, ist für Sie besonders interessant und vielleicht eine Inspirationsquelle? Ich fahre in meiner Freizeit gerne Rennrad und interessiere mich auch für alle Facetten des Radsports. Beim Radfahren kann man gut den Kopf freibekommen und manchmal kommt einem dabei sogar spontan eine gute Idee. Gibt es ein Ziel, das Sie erreichen wollen? Was meine Arbeit angeht zunächst einmal natürlich die Pro- motion hier im CLiC-Projekt. Ansonsten würde ich gerne beim Jan von Cosel, geboren 1989 in Frankfurt am Radrennen am 1. Mai einigermaßen gut abschneiden. Ich war Main, hat an der Goethe-Universität Chemie letztes Jahr schon dabei und habe mich diesmal für die 100-Ki- studiert und 2014 mit dem Master of Science lometer-Strecke inklusive Feldberg angemeldet. abgeschlossen. Seit November 2014 promoviert er im Arbeitskreis von Irene Burghardt am Insti- Wenn Sie Ihre Forschung in sieben Worten zusammenfassen Zur Theorie der schwingungsinduzierten elektronischen Resonanz, tut für Physikalische und Theoretische Chemie. sollten, welche wären das? VIPER In meinem Projekt beschäftige ich mich damit, die einzelnen Von Cosel interessiert sich für Radsport und fährt auch selbst begeistert Rennrad. Mathe, Bastelei, Papier, Formeln, Programmierung, Aspekte der »schwingungsinduzierten elektronischen Resonanz« (englisch Kaffee, Puzzlearbeit »vibrationally promoted electronic resonance«, VIPER*), die von unse- ren Kollegen mit spektroskopischen Methoden untersucht wird, mithilfe Welche Musik würde beim Einzug zu Ihrem eigenen theoretischer Methoden zu verstehen. Hierfür verwenden wir zum einen Boxkampf laufen? Computerprogramme, sowohl selbstgeschriebene als auch solche, die Ich muss sagen, ich kenne mich überhaupt nicht mit Boxen aus man kaufen kann. Zum anderen spielt auch die mathematische Arbeit mit und bin auch kein großer Experte für Musik. Ich würde wahr- Papier und Bleistift eine wichtige Rolle. Mit diesen Methoden wollen wir scheinlich einfach »Eye of the Tiger« wählen. Damit macht verstehen, was mit einem Molekül passiert, nachdem es durch infrarotes man bestimmt nichts falsch. Licht in Schwingung versetzt wurde und dann mit sichtbarem oder ultra- Worüber können Sie sich »totlachen«? violettem Licht bestrahlt wird. Durch die Schwingung ändert sich nämlich Ich bin ein großer Freund von Stand-up-Comedy, das fällt die Art, wie das Molekül das Licht aufnimmt. Diesen Effekt nutzen wir, um sicherlich in diese Kategorie. Außerdem mag ich natürlich in einer Probe gezielt eine bestimmte Art von Molekülen mit Licht anzu- lustige Filme oder Serien. regen und dadurch eine chemische Reaktion auszulösen. Unser Ziel ist es, vorhersagen zu können, ob sich ein Molekül hierfür eignet. Denn dann Beispiel für die Änderung der Elektronenver- Wie sieht die erste Stunde Ihres Tages aus? teilung eines Moleküls bei einer optischen können wir »auf dem Papier« Moleküle gezielt im Anregung Morgens nach dem Aufstehen frühstücke ich erst mal in Ruhe. Hinblick auf diese Eigenschaft optimieren und sie anschließend den Experten zur Synthese vorschlagen.
Foto: Uwe Dettmar Foto: Uwe Dettmar 12 schwalbe gruppe »Chemie ist richtig ›cool‹.« Wie würden Sie sich selbst als Wissenschaftler beschreiben? Und wie als Privatperson? Welche Vorbilder haben Sie? Ich denke nicht sehr unterschiedlich. Ich versuche Mein Vorbild ist der Prophet Mohammed. Vor im Rahmen meiner Möglichkeiten alles richtig zu allem seine Bescheidenheit, Wahrheitsliebe und machen, übe sehr oft Selbstkritik und versuche seine Vertrauenswürdigkeit versuche ich mir mich zu verbessern. einzuprägen. In Bezug auf die Arbeit versuche ich Hatten Sie schon mal ein Haustier? Isam Elamri deswegen immer ehrlich und hilfsbereit zu sein, bei Schwierigkeiten nicht aufzugeben und meinen Das einzige Haustier, welches ich hatte als Kind, Gehemmtes Kollegen nur das Beste zu wünschen, selbst wenn sie bessere Forschungsergebnisse erzielen als ich. war ein Kanarienvogel. Seine schönen Töne habe ich nach all diesen Jahren nicht vergessen. Wachstum Gab es einen entscheidenden Impuls für Ihren Ent- Mittlerweile würde ich jedoch nicht mehr so ein schluss, Chemie zu studieren? freiheitsliebendes Tier in einen Käfig einsperren. Ursprünglich wollte ich Medizin studieren. Was sind Ihre Stärken? Und was sind Ihre Schwä- Mittlerweile bin ich sehr froh darüber, dass meine chen? Abschlussnote nicht genügte. Chemie ist richtig Oh je … der Klassiker im Vorstellungsgespräch. Isam Elamri wurde 1981 in Casablanca/Ma »cool«. rokko geboren. Nach dem Lehramtsstudium der Ich muss mich noch darauf vorbereiten. Jedenfalls Fächer Chemie und Französisch an der Universi- habe ich in einem Artikel gelesen: Bloß keine tät Hassan II/Casablanca, dem anschließenden lustigen Antworten geben, wie zum Beispiel eine Zeitliche und räumliche Kontrolle von Puromycin als Indikator für neue Erwerb des Zertifikates »Deutsch als Fremd- meiner Schwäche ist Chips essen oder so etwas. Proteine Proteine haben in der Zelle vielfältige und sehr differenzierte sprache« am Goethe-Institut in Casablanca hat Das kommt gar nicht gut an … . er zunächst am Studienkolleg der Universität Aufgaben. Sie bestimmen die Form und Struktur der Zellen und steuern in Potsdam die Feststellungsprüfung zum An- fast alle Lebensprozesse. Proteine helfen Zellen, sich gegen Fremdkörper erkennen des marokkanischen Abitur abgelegt zu schützen, Zellfunktionen zu kontrollieren und zu regulieren oder Schä- und dann im Herbst 2009 mit dem Studium der den zu reparieren Ihre Aufgaben reichen vom Schutz der Zelle bis hin zur Chemie an der Goethe-Universität Frankfurt be- gonnen, das er im Jahr 2015 mit dem Master of Kontrolle und Regulation der Zellfunktionen. Aufgrund dieser vielfältigen Science abgeschlossen hat. Seitdem promoviert Aufgaben ist die Biosynthese von Proteinen, also die Bildung der Polypep- der zweifache Familienvater im Arbeitskreis tidkette* und die anschließende Faltung in eine spezielle dreidimensionale von Harald Schwalbe am Institut für Organische Chemie und Chemische Biologie. Elamri ist zu- Struktur, einer der bedeutsamsten Zellprozesse. Das Antibiotikum Pu- dem zertifizierter Dolmetscher in den Sprachen romycin ist in der Lage, das Wachstum der Polypeptidkette zu hemmen Deutsch, Arabisch und Französisch. und eine Verbindung mit den neuen kürzeren Proteinen einzugehen. Infolgedessen nutzt man Puromycin bei Experimenten in der Zellbiologie oder Mikrobiologie als Indikator für neue Proteine. Puromycin kann mit einer photolabilen Schutz- gruppe versehen werden, die mit Licht einer bestimmten Wellenlänge wieder entfernt werden kann. Dies gewährleistet die zeitliche und räumliche Kontrolle der Aktivität dieses Wirkstoffes sowohl als Antibiotikum als auch als Indikator für neue Proteine. In diesem Projekt kreuzen sich die Wege dreier Forschungsgruppen: Spektroskopische Studien der Photolyse von Schutzgruppen, Synthese und Optimierung photolabiler Puromycin-Derivate sowie ihre Anwendung als Indikator neuer synthetisierter Proteine innerhalb einer einzelnen Nervenzelle. Lichtlabiles Puromycin zur räumlichen und zeitli- chen Kontrolle von neu synthetisierten Proteinen
Foto: Uwe Dettmar Foto: Photocase/hasselblad15 14 burghardt gruppe Welche Vorbilder haben Sie? Vorbildfunktion hatte eine Reihe von Menschen in meinem Leben. Ich möchte an dieser Stelle meinem ehemaligen Chemielehrer, Dr. Ruthard Friedel, dan- ken, der mit viel Humor und Begeisterung meine forderungen der kommenden Jahre wohl gehören, Studienentscheidung geprägt hat. Darüber hinaus Reiseziele ausfindig zu machen, deren natürlicher möchte ich zwei Persönlichkeiten der Goethe-Uni- Schneebestand zum Skifahren ausreicht. Konstantin Falahati versität Frankfurt herausstellen: Professor Bertram Wo sehen Sie sich in fünf, zehn Jahren? Schefold, den ich aus verschiedenen Gründen für Spielend gerechnet einen der letzten echten »Universalgelehrten« im traditionellen Sinne halte, sowie Professor Andreas Terfort, den ich bei allen chemischen Fragestellun- Auf derartige Fragen antwortete mein Großvater (Gott hab ihn selig) stets ausweichend mit: »Am liebsten wäre ich Aristokrat im perikleischen Zeital- gen im Zweifel konsultieren würde. ter!« Vermutlich wären unter den aktuell gegebe- nen zeitepochalen Randbedingungen ein Job in der Gibt es ein Ziel, das Sie erreichen wollen? Chemischen Industrie oder eine Festanstellung Vor Eintritt ins Rentenalter möchte ich auf jeden im gehobenen öffentlichen Dienst aber ebenfalls Konstantin Falahati, geboren 1990 in Fall noch Cello spielen lernen. annehmbar. Münster, schloss sein Chemiestudium an der Worüber können Sie sich »totlachen«? Goethe-Universität Frankfurt am Main 2014 mit Bei welchen Tätigkeiten sind Sie besonders effizient dem Master of Science im Bereich Theoretische (im Flow)? Zum großen Leidwesen meiner Arbeitskollegen Chemie/Computerchemie ab. Während des Stu- habe ich ein ausgeprägtes Faible für guten bis Einen guten »Flow« meine ich bei allen Dingen Computergestützte quantenchemische Untersuchung photochemischer diums war Falahati Stipendiat der Studienstif- entwickeln zu können, die mich hinreichend schwarzen britischen Humor im Stile der Serie Prozesse Um photochemische Prozesse in Molekülen besser zu verste- tung des Deutschen Volkes sowie der Stiftung »Blackadder« (mit Rowan Atkinson) einerseits und der Deutschen Wirtschaft. Seit 2015 promoviert faszinieren und begeistern, sowohl privat wie auch hen, kann man verschiedene Methoden anwenden, etwa die computerge- beruflich. Im letzteren Fall sind das im Augenblick – dem Monumentalepos »The Big Lebowski« der er im Arbeitskreis von Irene Burghardt an der stützte quantenchemische Untersuchung. Goethe-Universität. Seit seiner Schulzeit ist dienstlich – nun einmal Cumarine und Porphyrine. Coen-Brüder andererseits. Falahati engagierter Musiker. So leitete er Hierzu verwenden wir aktuelle sogenannte Ab-initio- und Dichtefunktio- Reisen Sie gerne? nicht nur das Schulorchester, sondern ab 2011 nal-Methoden*, mit deren Hilfe man die elektronische Struktur von Mole- weitere Orchester, die er teilweise auch selbst Durch meine persönliche kulturelle Kodierung bin külen beschreiben kann. Wir schauen uns dabei die angeregten Zustände gründete. Aktuell ist er Dirigent des von ihm gegründeten Orchesters Junior Philharmonics. ich zwischen Orient und Okzident innerlich wie äu- ßerlich gewohnheitsmäßig viel »auf Reisen«. Ferner »Vor Eintritt ins Rentenalter an und wählen diejenigen aus, die für Reaktionen geeignet sind. So befasst sich ein Aspekt des Projekts beispielsweise mit der durch Licht ausgelös- wird zu den größeren globalklimatischen Heraus- möchte ich auf jeden Fall noch ten, ultraschnellen, in wenigen Femtosekunden* ablaufenden Abspaltung von Kohlenstoffmonoxid aus einem Myoglobin*-Modellkomplex. Hierbei Cello spielen lernen.« ist insbesondere die adäquate Beschreibung der sogenannten Wellenpa- ketdynamik eines solchen Übergangsmetallkomplexes eine große Heraus- forderung, da die elektronisch angeregten Zustände ein sehr komplexes Verhalten aufweisen. Geometrie eines cumarinbasierten Un cagingsystems (links) und schematische Darüber hinaus sind wir an der Beschreibung und Charakterisierung mechanistische Darstellung (rechts) geeigneter Cumarinsysteme interessiert. Diese Systeme wollen wir für lichtgesteuerten Förster-Resonanz-Ener- ŵŽůĞŬƵůĂƌĞƌ>ŝŶŬĞƌ gie-Transfer (FRET)* sowie für die Lichtakti- vierung benutzen. Unsere Untersuchungen Ś berücksichtigen beispielsweise auch, dass ƵŵĂƌŝŶϮ ƵŵĂƌŝŶϭ die Änderung der räumlichen Anordnung in einem Molekül Einfluss auf die Absorpti- onsspektren hat. ŶĞƌŐŝĞƚƌĂŶƐĨĞƌ
Foto: privat Foto: Uwe Dettmar tampé gruppe 17 »Die Besteigung des Mont Blanc war eine der größten Welcher Mensch kommt Ihnen in den Sinn, wenn Sie Herausforderungen in meinem das Wort »erfolgreich« hören? Ich denke dabei nicht unbedingt an eine bestimm- Karl Gatterdam Leben und hat mir gezeigt, dass te Person. Für mich sind Menschen erfolgreich, man für manche Ziele über seine die Karriere und Familie vereinen können. Was tun Sie, wenn Sie forschungsfreie Zeit haben? Aus zwei Grenzen hinausgehen muss.« Ich besuche gerne Thermen und gehe leiden- schaftlich gerne wandern. Seit ein paar Jahren mache ich mit dem Deutschen Alpenverein mach eins Was gibt Ihnen die Forschung? Hochgebirgs- und Schneeschuhtouren. Meine Forschung ist für mich sehr erfüllend, weil man anspruchsvollste Tour war bislang die Besteigung die hochkomplexen Vorgänge der Natur gemein- des Mont Blanc mit meinem Bruder. Dies war eine schaftlich erarbeitet. Ich finde es sehr spannend, der größten Herausforderungen in meinem Leben mit internationalen Firmen und Forschungsgrup- und hat mir gezeigt, dass man für manche Ziele über seine Grenzen hinausgehen muss. Karl Gatterdam, geboren 1987 in Hünfeld, pen an neuen Technologien zu arbeiten und diese studierte an der Technischen Universität zusammen zu entwickeln. Allgemein ist es mir Worüber können Sie sich »totlachen«? Darmstadt Chemie und schloss sein Studium sehr wichtig, dass durch Forschung alte umwelt- mit dem Master of Science ab. Seit 2013 belastende Technologien ersetzt werden. Ich finde es schon komisch, dass sich Men- promoviert er am Institut für Biochemie der schen manchmal wie Tiere benehmen und sich Lichtinduzierte Dimerisierung Signale werden in Zellen meist über Goethe-Universität Frankfurt am Main im beispielsweise aufplustern wie ein Pfau oder sich ganze Signalkaskaden übertragen, also in zahlreichen aufeinander auf- Arbeitskreis von Robert Tampé. Seit 2011 aufführen wie eine Horde wilder Affen. bauenden Schritten. Derartige Signalkaskaden spielen eine zentrale Rolle ist er zudem im Qualitätsmanagement des hessischen Unternehmens Fulcoline KG tätig. bei der Homöostase*, Teilung, Differenzierung der Zellen. Die Chemische Gatterdam ist leidenschaftlicher Wanderer Biologie nutzt kleine synthetische Moleküle, die entweder bestimmte Re- und Bergsteiger. aktionen verursachen oder hemmen, um die Wechselwirkung zwischen Proteinen sowohl innerhalb als auch außerhalb der Zelle zu verändern. Wichtige Eigenschaften dieser Moleküle sind: Reversibilität, Spezifität, Stabilität sowie die Möglichkeit, ihre Interaktion mit den Proteinen räum- lich und zeitlich zu kontrollieren. Chemisch induzierte Dimerisierung (CID), also die Verbindung von zwei Protei- X X O Ni O O X X O Ni O O O O O nen über ein kleines Molekül als »Brücke«, nutzt man, um N N O O O X X X X O Ni O O Ni O O O O O O N N O O O den Stofftransport in der Zelle gezielt zu manipulieren und O N N O O N N O O N N O zu analysieren. Die Kontrolle dieser Dimerisierung von O N O O O O NH O O O O N N O O Ni O H zwei Proteinen durch kleine Schlüssel-Schloss-Elemente X O N H X S N N O O O O N O N O N O N HN H N N N N N O N O H O O NH S O O O O Ni O O N O N O N O N O N O N O NH2 X O O ist entscheidend, damit die Proteine an ganz speziellen H H H H NH O X N N N N HO N H N 3O O O O O HN 3 NO2 NO2 N Orten in der Zelle binden. Wir entwickeln CID auf Basis YR PA-Dimerisierer His6-HA meGFP ATTO565 eines Molekülpaares, das sich per Licht aktivieren oder hν 2 deaktivieren lässt und das sehr stark an die Proteine bindet. So trägt es zum ortsspezifischen Zusammenbau von Rezeptoren* bei. In meinem Projekt synthetisiere ich verschiedene Werkzeuge zur Dimerisierung. Diese HeLa Kyoto Ni2+-beladenes trisNTA Fluorophor Moleküle unterscheiden sich in der Länge und Flexibilität Linker (30-mer DNA / Pro12) His6-Tag photolabile AS (Anp) der Brücke, die sie zwischen den miteinander agierenden Proteinen knüpfen. Man kann sie dann benutzen, um Chemische Struktur eines lichtaktivierbaren Polyprolin basierenden trisNTA Dimeri- Rezeptoren lichtgesteuert zu dimerisieren. sierers (tris-N-Nitrilotriessigsäure). Das N-terminale photoaktivierbare trisNTA ist vor Belichtung zunächst vollständig inaktiviert. Nach Belichtung kann ein stabiles Dimer mit einem His-getaggten Protein reversibel gebildet werden.
Foto: Uwe Dettmar Foto: fotolia.com/hui_u 18 burghardt gruppe Wenn Sie noch einmal studieren könnten, Wo fühlen Sie sich zu Hause? Was löst bei Ihnen Nervenkitzel aus (macht würden Sie dasselbe Fach wieder wählen? Sie nervös)? Heimat ist für mich ein sehr flexibler Be- Oder vielleicht etwas ganz anderes? griff. Ich kann mich überall zu Hause füh- Falls sich andere Menschen in meinem Carsten Hamerla Ich bin definitiv in der Position angekom- len, solange ich ein gutes soziales Umfeld Umfeld grundlos Sorgen machen und über men, in der ich mich wohlfühle. Die Arbeit besitze. Das heißt, ich kann mir durchaus die Maßen nervös sind, überträgt sich Hohe Effizienz – ist fordernd, aber immer interessant und abwechslungsreich. Bis auf einige Ausnahmen will ich das Chemiestudium vorstellen, nach meiner Promotion eine Zeit lang ins Ausland zu gehen oder auch dauerhaft in ein anderes Land auszuwan- diese Einstellung manchmal auf mich. Ge- nerell bin ich aber eher ein ausgeglichener Mensch. wenig Energieaufwand nicht missen. Was schätzen Sie an den Forschungsbedin- dern. Dennoch fühle ich mich natürlich mit Frankfurt verbunden, ich glaube, sonst hätte ich nicht eine so lange Zeit meines gungen vor Ort? Lebens hier verbringen können. Ich schätze besonders die gute Zusam- Haben Sie einen Lieblingsfilm? Ein Lieblings- menarbeit von verschiedenen Arbeits- buch? Warum? gruppen und Doktoranden. Dadurch wird ein schneller Austausch von Informa- Ich bin ein großer Fan der »Der Herr der tionen ermöglicht, und verschiedene Ringe« Serie. Tolkien hat mit seinen Bü- Carsten Hamerla, geboren 1989 in Frankfurt Projekte können in Kooperation von chern ein vergessenes Genre neu belebt am Main, hat nach Abitur und Zivildienst 2009 theoretischen und synthetischen Arbeits- und eine ganze Generation von Autoren mit dem Chemiestudium an der Goethe-Uni- gruppen bearbeitet werden. Außerdem beeinflusst. Außerdem regt die von ihm versität Frankfurt begonnen und es 2016 freue ich mich über die vielen Möglichkei- geschaffene Welt zum Nachdenken an mit dem Master of Science abgeschlossen. ten, Seminare und Konferenzen, auch im und bietet viel mehr Diskussionsbedarf, Computergestützte Untersuchungen zur Ausbildung von DNA-Struk- Seitdem promoviert er im Arbeitskreis von Ausland, zu besuchen. Die Möglichkeiten, als man zunächst annehmen würde. Dies turen Die Desoxyribonukleinsäure (DNA*) ist der Träger des Erbguts Irene Burghardt am Institut für Physikalische dort seine Arbeit zu präsentieren und mit führt dazu, dass ich die Filme seit ihrem und Theoretische Chemie. aller Lebewesen. Damit sie ihre Funktion erfüllen kann, muss sie eine anderen Wissenschaftlern, auch privat, Erscheinen wahrscheinlich zehnmal ge- bestimmte räumliche Struktur besitzen. Ein in der Natur häufig auftre- in Kontakt zu treten, sind immer sehr sehen habe, aber bis heute begeistert bin hilfreich. und immer Neues entdecke. tendes Muster ist die Doppelstrang-Helixstruktur. Fügt man ein mit Licht abspaltbares Molekül als Blockade in die DNA ein, so lässt sich die Bildung eines Doppelstranges unterbinden. Durch gezieltes Einstrahlen von Licht kann man diese Blockade wieder entfernen und die DNA kann »Ich kann mich überall zu Hause ihre Helixstruktur ausbilden. In meiner Arbeit simuliere ich mithilfe von Computern die Destabilisierung der DNA durch die Blockade sowie fühlen, solange ich ein gutes die chemischen Vorgänge, die bei der Abspaltung unter Lichteinfluss soziales Umfeld besitze.« ablaufen. Dabei untersuche ich die Einflüsse von verschiedenen Käfig- molekülen sowie den Einfluss der Länge der DNA auf die Stabilität des Doppelstranges. Das Ziel ist die Suche nach Lichttriggern, die effizienter und mit geringerer Energie abgespalten werden können. Dies ist wichtig, da die DNA bei der Bestrahlung mit Licht hoher Energie Schaden nehmen kann. In den abgebildeten DNA-Doppel- strang wird der Lichttrigger eingebaut, der anschließend abgespalten wird (»Uncaging«).
Foto: Uwe Dettmar Foto: Adobestock 20 wachtveitl gruppe Gab es einen entscheidenden Impuls für Ihren Bei welchen Tätigkeiten sind Sie besonders in welchen man als Student zwischen den Entschluss, Chemie zu studieren? effizient (im Flow)? Vorlesungen verweilen kann. Bereits zur Schulzeit faszinierte mich der Im Allgemeinen bin ich bei allem, was Spaß Welche Musik würde beim Einzug zu Ihrem Chemieunterricht. Insbesondere die Expe- macht, effizient. Bezogen auf die Arbeit ist eigenen Boxkampf laufen? rimente, welche die Praxis mit der Theorie es die Arbeit im Labor, die mir besonderen »Boom« von P.O.D., allerdings würde ich, verbinden, begeisterten mich. Letztendlich Spaß bereitet. wie die Band im Video, Tischtennis spielen hat der jeweilige Lehrer maßgeblichen Ein- Christopher Hammer fluss, ob man ein Unterrichtsfach mag oder Welchen Film haben Sie in letzter Zeit im und mich nicht boxen. Kino gesehen? Anregende Farben eben nicht. Ich konnte mich sehr glücklich Haben Sie eine Lieblingssportart? schätzen, dass ich in der Oberstufe eine sehr »Passengers«. Der Film hat mir besonders gute Chemielehrerin hatte. So stand bereits In meiner Freizeit trainiere ich eine Fuß- gut gefallen. Insbesondere die Tatsache, während der Schulzeit ziemlich schnell ball-Jugendmannschaft und spiele im selben dass die meiste Zeit des Films nur zwei Dar- mein Entschluss fest, dass ich Chemie auch Verein auch selbst Fußball. Neben Fußball steller zu sehen sind. Den inneren Konflikt studieren möchte. zählt auch American Football zu einer mei- des Hauptdarstellers und die Vorstellung, ner Lieblingssportarten, wobei sich Letzteres wie man selbst in seiner Situation reagieren Was schätzen Sie an den Forschungsbedingun- auf das Schauen der Sportart begrenzt. würde, finde ich sehr interessant. gen vor Ort? Gibt es einen Lieblingsort auf dem Christopher Hammer, geboren 1988 in Ca- Ich schätze sehr das interdisziplinäre Campus Riedberg? racas, Venezuela, hat nach dem Abitur sowie Arbeiten und die Nähe zu Kooperations- Zivildienst in einem integrativen Kindergarten partnern, so kann man zum Beispiel schnell Nein, den habe ich nicht. Die meiste Zeit an der Goethe-Universität Frankfurt Chemie und unkompliziert Messergebnisse disku- befindet man sich ja ohnehin an seinem studiert und 2014 mit dem Master of Science tieren. Ein weiterer Punkt ist die breite und Arbeitsplatz oder im Labor. Nichtsdesto- abgeschlossen. In seinem Masterstudium gute Aufstellung an Geräten, mit der die Farbabstimmbare photolabile Schutzgruppen Ich bin auf die Anwen- trotz hat der Campus einige schöne Ecken, absolvierte er ein dreimonatiges Forschungs- Goethe-Universität ausgestattet ist. dung von zeitaufgelösten spektroskopischen Methoden spezialisiert, mit praktikum bei der Merck KGaA in Darmstadt. denen sich Prozesse messen lassen, die innerhalb von Femtosekunden* Seit Ende 2014 promoviert Hammer im bis hin zu Sekunden ablaufen. Zum Vergleich: Licht legt innerhalb einer Arbeitskreis von Josef Wachtveitl am Institut für Physikalische und Theoretische Chemie. Femtosekunde lediglich den Bruchteil einer Haaresbreite zurück. Mithilfe meiner Messmethoden verfolge ich derartig schnelle Prozesse. In meiner Doktorarbeit studiere ich die optischen Eigenschaften von neuartigen pho- tolabilen Schutzgruppen. Diese Gruppen, im englischen »cages« genannt, können biologisch aktive Substanzen »einsperren« und hierdurch ihre biologische Funktion deaktivieren. Mittels Licht können die eingesperr- ten Stoffe befreit und wieder aktiv werden. Meine photolabilen Moleküle unterscheiden sich durch eine spezielle Antenne, was die Lichtaktivierung erleichtern soll. Die Antenne kann mit Licht verschiedener Wellenlängen, also mit verschiedenen Farben angeregt werden und verleiht dem System somit eine Farbabstimmbarkeit. Speziell die Anregung mit intensivem (infra-)rotem Licht ist aufgrund der hohen Eindringtiefe in Gewebe für biologische Anwendungen interessant. Mithilfe des Kerr-Schalters, dessen »Bereits zur Schulzeit faszinierte Prinzip hier schematisch dargestellt ist, kann man die Fluoreszenz des zu untersuchenden Systems im Subpikosekundenbereich zeitaufge- löst beobachten. mich der Chemieunterricht.«
Foto: Uwe Dettmar Foto: privat 22 wachtveitl gruppe Wollen Sie in der Wissenschaft bleiben? Was würden Sie an den Forschungsrahmenbedingungen verbessern wollen? Mit dem Ende der Promotion beschäftigt diese Frage uns Doktoranden alle. Die Wissenschaft bietet den Eine Erhöhung der Forschungsgelder würde zu mehr Reiz, an seinem eigenen Projekt weitgehend ohne Ein- Freiheit und Kreativität in der Forschung führen. Lisa-Marie Herzig schränkungen forschen zu können. Die Industrie wie- Hören Sie Musik beim Arbeiten? Wenn ja, welche? derum lockt mit sehr variantenreichen Jobangeboten Antibiotika für Wissenschaftler. Für mich wird der Weg vermutlich in die Wirtschaft führen, da ich bereits ein halbjähriges Praktikum in der Industrie absolviert habe und mich Ich höre sehr gerne Musik. Also höre ich auch Musik, wenn ich kreative Arbeiten zu erledigen habe. Ins- besondere, wenn ich Präsentationen und Bilder für unter Kontrolle die Kombination aus wissenschaftlichem Denken und Veröffentlichungen erstelle. Bei der richtigen Mu- wirtschaftlichem Handeln sehr interessiert. sikauswahl erhöht sich dann der produktive Prozess. Das kann dann gerne Led Zeppelin, Foo Fighters, The Strokes oder Radiohead sein. Wenn ich jedoch sehr konzentriert arbeiten muss, dann empfinde ich Musik als störend und arbeite lieber in aller Stille. Wann und wo waren Sie das letzte Mal im Urlaub? Lisa-Marie Herzig, geboren 1988 in Fulda, studierte an der Gothe-Universität Frankfurt Mein letzter Urlaub war in den USA im Sommer 2016. Chemie und schloss ihr Studium 2014 am Insti- Für eine Woche war ich zunächst auf einer Konferenz tut für Physikalische und Theoretische Chemie für Spektroskopie in Santa Fe/New Mexiko. Santa mit dem Master of Science ab, nachdem sie Fe ist keine typische amerikanische Stadt, denn die vorher ein halbes Jahr bei Merck in Darmstadt gesamte Architektur der Stadt ist angelehnt an die als Praktikantin gearbeitet hatte. Seit 2014 Pueblo-Kultur. Eine sehr bunte Stadt mit sehr vielen promoviert sie im Arbeitskreis von Josef Wacht- Gezielte Kontrolle der Proteinbiosynthese mit geschützten Antibiotika veitl. Herzig interessiert sich für Ölmalerei und Kunstgalerien und Kultur, die ich ohne die Konferenz Die Proteinsynthese ist ein Schlüsselprozess der Zelle. Wenn man diese kreative Handarbeit, wie etwa Stricken, sowie vermutlich nie kennengelernt hätte. Im Anschluss habe Synthese kontrollieren könnte, wären Anwendungen möglich, die bis in für das Training mit ihrem Hund Murphy. ich einen Roadtrip von New Mexico nach San Francisco gemacht. Besonders hat mir der Zwischenstopp am den Bereich der Gehirnforschung gingen. Einige Antibiotika sind derzeit Grand Canyon gefallen. Die einzigartige Größe und die bereits in der Lage, die Proteinsynthese zu unterbinden. Will man derartige wunderbaren Farben des Canyon waren so einprägsam, Antibiotika für ein gezieltes Ausschalten der Proteinbiosynthese verwen- das war eine Erfahrung für das Leben. den, sollte man sicherstellen, dass sie ihre Wirkung nur kontrolliert entfal- Haben Sie ein Haustier? ten können. Daher bringt man zunächst eine sogenannte Schutzgruppe an das Antibiotikum an, wodurch seine Wirkung unterdrückt wird. Mithilfe Ich habe einen Mischlingshund, Murphy, der sehr viel Auslauf benötigt. Die langen Spaziergänge sind ein von Licht kann die Schutzgruppe dann gezielt entfernt werden, woraufhin wunderbarer Ausgleich zum stressigen Alltag. das aktivierte Antibiotikum sofort die Proteinsynthese stoppt. Wie die Freisetzung von diesen lichtsensitiven Schutzgruppen auf molekularer Ebene abläuft, untersuche ich in meiner Doktorarbeit. Dazu verwende ich verschiedene optische Messmethoden mit einer sehr hohen Zeitauflösung »Mich wird der Weg vermutlich von einer billiardstel Sekunde. So in die Wirtschaft führen, da lassen sich die schnell ablaufenden Reaktionen sehr genau untersuchen. mich die Kombination aus wissenschaftlichem Denken und wirtschaftlichem Handeln sehr interessiert.« Reaktion einer lichtsensitiven Schutzgruppe (gelb) gebunden an ein Antibiotikum (blau)
Foto: Uwe Dettmar Foto: privat 24 Welche Vorbilder haben Sie? verbringe ich ganz gerne Zeit in der weißen Pracht mit meinem Snowboard, am Strand in Bill Belichick, der US-amerikanische Foot- einem Liegestuhl oder auf dem Surfboard. ball-Trainer der New England Patriots, Football USA, sowie der NBA-Spieler LeBron James. Trai- Haben Sie einen Lieblingsfilm? ner und Sportler sind an Professionalität kaum »An jedem verdammten Sonntag«. Das ist zu übertreffen. ein sehr schöner Film über den sonntäglichen Andreas Jakob Was schätzen Sie an den Forschungsbedingungen Football in den USA von Oliver Stone. Es zeigt Lichtsammler vor Ort? mit einer beeindruckenden Tiefe die Ansätze von Männern, Mythen und Illusionen. Er schildert die Dass die Ausstattung auf einem qualitativ glitzernde Welt des Football, aber gibt auch Ein- hochwertigen Niveau ist und dass man alles vor blicke in die Schattenseiten des Profi-Geschäfts. der Haustüre hat. Bei Problemen muss meist Beeindruckend ist besonders die abschließende nicht mal das Gebäude beziehungsweise das Rede des Coachs für seine Spieler, wo er ihnen Stockwerk verlassen werden, um sich mit seinen mitgibt, alles schaffen zu können, was auch im- Kooperationspartnern oder anderen Arbeitskrei- mer möglich ist, jedoch nur als Team. »Entweder sen auszutauschen. bestehen wir jetzt als ein Team oder wir werden Bei welchen Tätigkeiten sind Sie besonders effizient untergehen als Einzelgänger.« Andreas Jakob, geboren 1988 in Gelnhausen, studierte bis 2014 an der Goethe-Universität (im Flow)? Wo sehen Sie sich in fünf, zehn Jahren? »… dass man alles Frankfurt am Main Chemie und schloss sein Studium mit dem Master of Science ab. Seit Bei der Säulenchromatographie für die Aufrei- nigung meiner hergestellten Moleküle und bei In fünf Jahren als Laborleiter in der chemischen vor der Haustüre Industrie und später in höheren leitenden Tätig- Zweiphotonenanregung bei photolabilen Schutzgruppen Ende 2014 promoviert er im Arbeitskreis von Alexander Heckel am Institut für Organische der Planung neuer Syntheserouten für meine Doktorarbeit. Aber auch, wenn ich für meine keiten im Konzern. hat.« In meiner Doktorarbeit beschäftige ich mich mit der Synthese von Schutz- Chemie und Chemische Biologie. Jakob ist Bachelorstudenten Pläne schreibe, was sie alles Handballspieler im Ballsportverein TV Lan- am Tag und die Woche über zu tun haben. gruppen, die zwei Lichtteilchen, sogenannte Photonen, simultan aufneh- genselbold und engagiert sich dort zudem im men können. Treffen bei einer Bestrahlung beide Photonen gleichzeitig auf Bereich Sponsoring und Events. Was tun Sie, wenn Sie forschungsfreie Zeit haben? das Molekül, wird dieses angeregt und kann Photochemie betreiben. Für Viel Sport treiben, vor allem Handball und Fit- die Medizintechnik nutzt man die Zweiphotonenanregung aufgrund ihrer ness, und die Gesellschaft von Freunden, Familie dreidimensionalen Auflösung und ihrer hohen Eindringtiefe in Haut und und Mannschaftskollegen beim Sport selbst Organe. Durch diese Technik ist es möglich, Wirkstoffe, die über Zwei- oder auch beim Anschauen genießen. Weiter photonenanregung aktivierbar sind, an Ort und Stelle im Körper gezielt mithilfe von Licht freizusetzen. Um diesen Effekt hervorzurufen, braucht man starke, aber nur kurze Laserpulse sowie ein kompliziertes Design der Schutzgruppen. Denn nur Moleküle mit einem ganz bestimmten Aufbau sind in der Lage, zwei Photonen zur gleichen Zeit einzufangen. Um diesen Effekt zu erhöhen, befestige ich in einer bestimmten Reihenfolge Antennen an den Molekülen. Diese sammeln das Licht besser ein und geben es dann im selben Molekül an die Schutzgruppe weiter. 2 Photonenlicht O O 780 nm HO OH Links: Abspaltung eines Neurotransmitters O NH 2P durch eine Zweiphotonenanregung über einen O Antenne Förster-Resonanzenergietransfer (FRET)* N H Rechts: Vergleich zwischen einer Probenbe- N O O strahlung mittels Einphotonentechnik (rot) und Zweiphotonentechnik (grün). Bei der Be- FRET-Energietransfer strahlung mit 730 nm wird ein dreidimensional aufgelöster Anregungsspot erhalten (grün).
Foto: Herbert George Ponting Foto: Uwe Dettmar bredenbeck gruppe 27 Wollen Sie in der Wissenschaft bleiben? am Südpol und zum anderen sind Scott und sein Expeditionsteam auf dem Rückweg im ewigen Ich möchte gerne in der Forschungsförderung Eis umgekommen. Dennoch wurde Scott eine arbeiten und stelle mir dafür eine Arbeit in der ganze Weile als großer britischer Held verehrt. Daniela Kern-Michler Wissenschaftskoordination vor. Ein bisschen wie Sein Ende wurde zwar als tragisch, aber eben Was würden Sie an den Forschungsrahmenbedin- auch als sehr heldenhaft wahrgenommen. Später gungen verbessern wollen? wurden einige Biografien veröffentlich, die Scott Die Probleme an den aktuellen Forschungsrah- menbedingungen sehe ich unter anderem in den mangelnden Sicherheiten für Forschende; ich als Stümper und unverantwortlichen Anführer einer von vornherein zum Scheitern verurteilten Unternehmung zeigten. Mittlerweile gibt es auch Rosinenpicken … wieder andere Stimmen, die ihm unter ande- denke hierbei zum Beispiel an befristete Stellen rem tatsächlich besonders schlechtes Wetter und das Wissenschaftszeitgesetz. Außerdem zusprechen. Alles in allem zeigt dieser Mensch kritisiere ich die teilweise sehr starke Fokussie- für mich nicht nur, welche Auswirkungen ein rung auf das eigene Fachgebiet. Ich wünsche mir Streben nach Erfolg um jeden Preis haben eine stärkere Vernetzung und Kommunikation kann, sondern auch, wie sehr Erfolg in der zwischen Forschungsgebieten. Meiner Meinung Rezeption durch die Nachwelt bestimmt Daniela Kern-Michler studierte nach nach können Graduiertenkollegs, aber auch wis- wird. dem Abitur im Jahr 2009 Biophysik an der senschaftliche Konferenzen, die sich klar zum Ziel Goethe-Universität Frankfurt am Main und machen, Forschende aus verschiedenen Gebieten schloss ihr Studium 2014 mit dem Master of zusammenzubringen, dazu einen Beitrag leisten. Science ab. Seit November 2014 promoviert sie im Arbeitskreis von Jens Bredenbeck am Wo sehen Sie den gesellschaftlichen Nutzen Ihrer Institut für Biophysik. Forschung? Strategien zur Abspaltung photolabiler Schutzgruppen basierend auf Wenn man das konkrete Projekt betrachtet, in der VIPER-Technik Meine Arbeit ist Teil eines Projekts, in dem wir die dem ich arbeite, dann suche ich spezielle Bau- neue sogenannte VIPER*-2D-IR-Spektroskopie-Technik anwenden, um in steine, die in einer Technik eingesetzt werden, die wiederum dazu genutzt werden kann, etwas zu einer Mischung eine Molekülsorte gezielt von ihrer photolabilen Schutz untersuchen. Das wirkt erstmal relativ weit oben gruppe, dem »Käfig« (engl. cage), zu befreien. Dies ermöglicht neue im »Elfenbeinturm«. Dieses »Etwas« können Strategien der Kontrolle von Reaktionen mithilfe von Licht, und zwar dann beispielsweise biologische Systeme sein, durch die Kombination von infrarotem und sichtbarem Licht. Dabei ist sodass man sehr schnell bei sehr großen Fragen das infrarote Licht sehr spezifisch für unterschiedliche Moleküle und das ankommt. Wie funktioniert das? Wie funktioniert sichtbare Licht liefert die nötige Energie für die Reaktion. Die Positionen dieses Protein, eine Zelle, Leben im Allgemeinen? Aber auch die physikalischen Effekte, die wir und Massen der einzelnen Atome in einem Molekül bestimmen, nutzen wollen, an sich zu verstehen, empfinde welche Wellenlänge das aufgenommene ich als wertvoll, weil sie ein weiteres Puzzleteil infrarote Licht haben muss. Durch den in unserer komplexen Vorstellung von der Welt Einbau von Isotopen, also von Atomen sind, von dem wir dann eine bessere Vermutung mit gleichen chemischen Eigenschaften haben, wo es hinpassen könnte. und unterschiedlichen Massen, an Welcher Mensch kommt Ihnen in den Sinn, wenn Sie verschiedenen Stellen eines Moleküls das Wort »erfolgreich« hören? bekommen wir Moleküle mit sehr ähn- Bei »erfolgreich« denke ich an Robert Falcon lichen E igenschaften, die sich trotzdem Scott. Er war britischer Polarforscher und hat selektiv mit Infrarotlicht anregen lassen. Meine Aufgabe den Wettlauf zum Südpol verloren. Zum einen in dem Projekt ist es, ein geeignetes Molekül, geeignete war der Norweger Roald Amundsen als Erster Isotopomere* davon und die passenden experimentellen Bedingungen zu finden, die uns erlauben, ganz gezielt nur den einen oder den anderen Stoff in einer Abspaltung photolabiler Schutzgruppen basierend auf der VIPER-Technik »Bei ›erfolgreich‹ denke ich an Mischung freizusetzen. • Puls-Sequenz: Infrarotes Licht (IR Puls) in rot, sichtbares Licht (Vis Puls) blau schraffiert. Robert Falcon Scott.« • • 1 Mischung zweier photolabiler Schutzgruppen (engl. cages) 2 Cage 1 ist durch den IR Pulse angeregt • 3 Cage 1 wird durch den Vis Puls angeregt • 4 Die Abgangsgruppe von Cage 1 (grauer Kreis) wurde mithilfe von Licht freigesetzt, die von Cage 2 nicht.
Foto: Uwe Dettmar Foto: Photocase/phlap 28 schwalbe gruppe »Ich habe tausend Gedanken, die Sara Keyhani durch viele Brücken Falten nach miteinander verbunden sind.« Belieben! Sara Keyhani, geboren 1988 in Teheran, lebt seit 1997 in Deutschland. Sie hat an der Frankfurter Goethe-Universität Chemie studiert und 2014 mit dem Master of Science abgeschlossen. Seit 2014 promoviert sie im Kontrolle der RNA-Funktion durch photolabile Bausteine Arbeitskreis von Harald Schwalbe am Institut Über 100 Jahre waren Wissenschaftler davon überzeugt, die DNA* sei für Organische Chemie und Chemische Biolo- Träger und die RNA* Übermittler des genetischen Codes, also der Erbinfor- gie. Zu ihren Freizeitaktivitäten zählt Keyhani vor allem Lesen, Reisen und Sport. mation. In den letzten 30 Jahren hat man RNAs entdeckt, die wesentlich mehr können: Sie regulieren wichtige Reaktionen in der Zelle oder treiben sie an. Daher ist es von großem Interesse, die Funktion solcher RNA s in der Zelle zu kontrollieren. Die Funktion der RNA ist sehr stark von ihrer räumlichen Struktur abhän- gig. Dies eröffnet die Möglichkeit, ihre Funktion zu kontrollieren, indem wir photolabile Schutzgruppen so in die RNA einbauen, dass die strukturbil- denden atomaren Einheiten innerhalb eines RNA-Bausteins blockiert wer- Welche Vorbilder haben Sie? ins Persische zu übersetzen. Dadurch konn- und lerne dabei internationale Gerichte te ich dieses Wissen mit meiner im Iran kennen, die ich zu Hause sehr gerne nach- den und so sich die Struktur der RNA verändert. Bei Bestrahlung werden Es gibt und gab viele vorbildliche lebenden Verwandtschaft und Freunden koche. die photolabilen Schutzgruppen abgespalten und die Struktur wird restau- Menschen. Mir fallen gerade diese teilen. Nach der Schulzeit habe ich überlegt, riert. In diesem Projekt zeigen wir dies an einer RNA , die zwei Strukturen ein: Mahatma Gandhi aufgrund des Wie sieht Ihr Freundeskreis aus? Sind es Dolmetscherin zu werden. Meine Stärken gewaltfreien Widerstandes oder hauptsächlich Naturwissenschaftler oder eher annehmen kann. Die photolabilen Bausteine benötigen Raum, blockieren sind jedoch immer die Naturwissenschaften Joanne K. Rowling, die »alleinerzie- bunt gemischt? Wechselwirkungen und zwingen die RNA in die erste Struktur, in der sie gewesen. hende Sozialhilfeempfängerin, die eine bestimmte Funktion besitzt. Nach der Bestrahlung und Abspaltung Mein Freundeskreis ist ziemlich bunt einen Bestseller schreibt«; Johanna Auf lolmythesis.com fassen Doktoranden ihre gemischt. der photolabilen Elemente hat die RNA RNA Quaas, die älteste Wettkampf-Tur- Arbeit in einem einzigen, oft humorvollen Satz die Möglichkeit, in einer anderen Struk- RNA mit photolabilen Bausteinen nerin der Welt. zusammen. Wie sähe ein solcher Satz bei Ihrer Wenn Sie eine Stadt wären, welche wäre das tur mit einer weiteren Funktion zu falten. Forschung aus? und warum? Welche andere Disziplin, die von Ihrer Damit ist sowohl eine zeitliche als auch eigenen weit entfernt ist, ist für Sie be- Ich habe eine zickige RNA unter meiner Venedig. Ich habe tausend Gedanken, die örtliche Kontrolle der RNA-Funktion sonders interessant und vielleicht eine Kontrolle. durch viele Brücken miteinander verbunden Die RNA nimmt zwei unterschiedliche erreicht. Strukturen mit unterschiedlichen Funktionen Inspirationsquelle? sind. Abspaltung der photolabilen Was tun Sie, wenn Sie forschungsfreie Zeit Bausteine durch Licht an. In Anwesenheit der lichtlabilen Baustei- ne wird Struktur 1 und in deren Abwesenheit Ich hatte während der Schulzeit haben? die Struktur 2 angenommen. unglaublichen Spaß, deutsche Lite- Ich mache Sport, tanze, schaue Serien oder raturwerke aus dem Deutschunter- besuche meine Familie. Ich reise sehr gerne richt und Kafkas Kurzgeschichten Struktur 1 führt Funktion 1 aus Struktur 2 führt Funktion 2 aus
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