Gymnasium Ulricianum Aurich Europaschule
Im Rahmen der Auricher Wissenschaftstage hatten wir – Amir Charafeddine und Aliena Petretto – die besondere Möglichkeit, vom 6. bis 18. Oktober ein zweiwöchiges Praktikum am Institute of Structural Biology in Bonn zu absolvieren.
Das Institute of Structural Biology bietet Forschungsmöglichkeiten im Bereich der Strukturbiologie mit Fokus auf der biochemischen Analyse zellulärer Regulationsprozesse. Hierbei wird eine Vielzahl von Techniken aus der Molekularbiologie und Biochemie verwendet, um Proteine, Protein-Wechselwirkungen sowie die Wechselwirkung mit Lipiden, Modellmembranen, Nukleinsäuren und kleinen molekularen Liganden zu bestimmen.
Während unseres Aufenthalts am Forschungsinstitut wurden wir von den Mitgliedern der Arbeitsgruppe unter der Leitung von Prof. Dr. Matthias Geyer betreut und durch die zwei Wochen unseres Praktikums begleitet. Am Abend unserer Ankunft wurden wir von Prof. Geyer am Bahnhof in Bonn herzlich in Empfang genommen und zu unserer Unterkunft gebracht. Während unseres Aufenthaltes wurden wir in der Jugendherberge Bonn-Venusberg untergebracht, die sich zu Fuß nur etwa zehn Minuten von dem Institut entfernt befand. Am Montagmorgen wurden wir von Prof. Dr. Matthias Geyer abgeholt, um uns den Weg zum Institut zu zeigen.
Unser erster Tag am Institute of Structural Biology startete um neun Uhr mit einem „Labmeeting“. Hierbei handelte es sich um ein Onlinemeeting, bei dem wichtigen organisatorischen Fragen und Ankündigungen für die kommende Woche besprochen wurden. Bei der Gelegenheit wurden wir als Praktikanten der Auricher Wissenschaftstage dem Team vorgestellt. Nach dem Meeting erhielten wir eine Führung durch das Institut, um die Räumlichkeiten kennenzulernen und uns mit ihnen vertraut zu machen. Im Anschluss daran wurde uns unsere Aufgabe für die nächsten Tage mitgeteilt, ein Laborpraktikum, welches für drei Tage ausgelegt ist und auch von Studenten der Universität Bonn regelmäßig durchgeführt wird. Christoph Winterberg erklärte uns dafür die Grundlagen, um die auf uns zu dem Zeitpunkt hochkomplex wirkenden Prozesse zu verstehen. Das Ziel dieses Laborpraktikums war es, die Expression und Reinigung des Proteins TEV-Protease in Escherichia coli (E. coli) zu untersuchen. Die Expression und Reinigung eines Proteins sind zentrale Schritte in der Biochemie, um ein bestimmtes Protein zu produzieren und für Experimente zugänglich zu machen. Bei der Expression wurde das Gen, dass für das gewünschte Protein codiert, zunächst in ein Expressionsplasmid eingebaut, ein kleines DNA-Molekül, das als Träger dient. Dieses Plasmid wurde anschließend in Wirtszellen in unserem FallE.coli Bakterien, eingebracht, die als „Fabriken“ für die Proteinproduktion dienten. Durch einen gezielten Stimulus (die Zugabe von IPTG, einer Induzierinstanz) wurde die Expression des Proteins in den Zellen induziert. Nach einer gewissen Zeit konnten die Zellen dann geerntet werden. Dies geschah bei uns durch Zentrifugation, die eine Trennung der Zellen von der Wachstumsflüssigkeit ermöglichte.
Im nächsten Schritt folgte die Reinigung des Proteins, da die Zellmasse nach der Expression viele verschiedene Biomoleküle enthielt. Hierbei wurden zunächst die Zellen aufgebrochen, um das Protein freizusetzen. Anschließend wurde das Zielprotein mithilfe verschiedener Methoden isoliert. Hierbei haben wir mit der Affinitätschromatographie gearbeitet, bei der ein spezieller „Tag“ am Protein eine gezielte Bindung an eine Säule ermöglicht. Der „Tag“ ist eine Markierung und bezeichnet in der Biochemie verschiedene, meist kurze Aminosäuresequenzen. Die Größenausschlusschromatographie, die eine Trennung nach Größe erlaubt, haben wirim zweiten Schritt angewandt. Nach jedem Reinigungsschritt haben wir außerdem durch SDS-Pageüberprüft, ob das Protein rein genug ist. Abschließend wurde das gereinigte Protein konzentriert, in flüssigem Stickstoff schockgefroren und bei -80°C gelagert.
Während unseres Praktikums hatten wir neben der Arbeit im Labor außerdem die Möglichkeit, zwei spannende Vorträge zu besuchen. Sophie Binder sowie Prof. Malcom White aus Schottland referierten unter anderem über neue Ergebnisse im Bereich des CRISPR/Cas-Systems.
Des Weiteren durften wir unter anderem Dominic Ferber bei der Arbeit mit verschiedenen Messgeräten begleiten. Hierbei erklärte er uns die Funktionsweise der verschiedenen Messmethoden, welche in der Strukturbiologie angewandt werden. Eine dieser Methoden ist die sogenannte Oberflächenplasmonenresonanz, auf Englisch „Surface Plasmon Resonance“ (kurz SPR). Hierbei handelt es sich um eine optische Methode, die zur Messung molekularer Interaktionen in Echtzeit eingesetzt wird. SPR tritt auf, wenn linear polarisiertes Licht unter den Bedingungen der totalen internen Reflexion auf einen Metallfilm trifft. Das SPR-Signal hängt direkt vom Brechungsindex des Mediums auf dem Sensorchip ab. Die Bindung von Biomolekülen bewirkt Veränderungen im Brechungsindex auf der Sensoroberfläche. Während eines SPR-Experiments wird ein Molekül (der Ligand) auf einem Sensorchip immobilisiert, und die Bindung eines zweiten Moleküls (der Analyte) wird unter kontinuierlichem Fluss einer Pufferlösung gemessen.
Die zweite Methode, die nanoDSF (differential scanning fluorimetry) ist eine biophysikalische Methode zur Bewertung der konformationellen Stabilität von Proteinen. Sie untersucht, wie wahrscheinlich es ist, dass ein Protein unter stressvollen Bedingungen gefaltet und funktional bleibt. Dies geschieht durch die Überwachung der intrinsischen Fluoreszenz eines Proteins, während es thermischem oder chemischem Stress ausgesetzt wird. Falls das Protein unter diesem Stress entfaltet wird, ändern sich seine fluoreszierenden Eigenschaften. Der Punkt, an dem die Entfaltung eintritt (die sogenannte „Schmelztemperatur“ oder Tm), gibt Aufschluss über die allgemeine Stabilität der Proteinstruktur.
Während der letzten Tage unseres Praktikums durften wir Dr. Nicola Willemsen und Hannes Buthmann bei der Arbeit mit Insektenzellen und menschlichen Zellen über die Schulter schauen. Hierbei standen vor allem die Kultivierung der Zellen und die Arbeit an einer Sicherheitswerkbank im Vordergrund, um eine Kontaminierung der Kulturen zu vermeiden.
Neben der Arbeit am Institut hatten wir auch Freizeit, in der wir Bonn erkunden konnten. Unser Arbeitstag endete an den meisten Tagen am Nachmittag, sodass noch ausreichend Zeit war, um mit dem Bus in die Stadt zu fahren.
Am Wochenende war Zeit für größere Unternehmungen. Am Samstag haben wir beispielsweise das einigermaßen gute Wetter genutzt, um die Botanischen Gärten am Poppelsdorfer Schloss zu besichtigen. Sie gehören zu den ältesten und traditionsreichsten Gärten nördlich der Alpen. Heute dienen sie vor allem der Universität Bonn in erster Linie zu Forschung und Lehre. Allgemein hat die Beethoven-Stadt viele schöne Orte zu bieten und ist geprägt vom Stil der Gründerzeit.
Nachdem die zwei Wochen am Institute of Structural Biology wie im Flug vergangen sind, hieß es dann Abschied nehmen, um am Freitagnachmittag mit dem Zug zurück nach Aurich zu fahren.
Zum Abschluss möchten wir den Auricher Wissenschaftstage unseren herzlichen Dankaussprechen, die es uns ermöglicht haben, das Praktikum am Institute of Structural Biology in Bonn zu absolvieren. In den zwei Wochen, die wir dort verbringen durften, haben wir viel über den Bereich der Strukturbiologie gelernt und hatten, die Möglichkeit neue Erfahrungen – vor allem im fachpraktischen Bereich – zu sammeln. Außerdem hatten wir das Glück, viele nette Leute kennenzulernen, die uns jederzeit bei unserer Arbeit unterstützten und sich die Zeit dafür genommen haben, uns unsere Fragen zu beantworten und uns mit Erzählungen aus eigener Erfahrung viele wertvolle Tipps für unser kommendes Studium und unseren Werdegang gegeben haben.
An dieser Stelle möchten wir uns ganz herzlich beim Team des Institute of Structural Biology für die tolle Zeit bedanken, insbesondere bei Prof. Dr. Matthias Geyer, der das Praktikum in Zusammenarbeit mit den Auricher Wissenschaftstagen erst möglich gemacht hat und bei Christoph Winterberg, Dr. Nicola Willemsen, Dominic Ferber, Hannes Buthmann und Maria Zyulina für die Betreuung während unserer Zeit dort.
Fotos und Bericht von Amir Charafeddine und Aliena Petretto
Veröffentlichungen von Elif Delen
