Darstellung des Instituts
Das Institut besteht aus vier selbständigen Arbeitsgruppen unter der Leitung je eines Professors (1 C4,
3 C3). Alle Gruppen beschäftigen sich mit Fragestellungen zur Aufklärung der Struktur
biologischer Systeme auf der molekularen und zellulären Ebene und den zugehörigen
Struktur-Funktionsbeziehungen. Alle Arbeitsgruppen arbeiten sowohl an eigenen, wissenschaftlichen
Fragestellungen als auch an
methodologischen und instrumentellen Entwicklungen. Neben der eigenen Forschung und Entwicklung fungiert
das
Institut als Zentrum für moderne analytische Methoden und stellt seine Expertise und seine Geräte
Kollegen der Medizinischen Fakultät aber auch der
naturwissenschaftlichen Fachbereiche für Analysen zur Verfügung. Solche Analysen
beschränken sich auf Methoden, die noch nicht Routine sind und werden durchgängig als
Forschungskooperationen durchgeführt, nicht als reine Serviceleistungen.
Laser Massenspektrometrie
Dieses Arbeitsgebiet unter Leitung von Prof. Franz Hillenkamp hat von der Erfindung der
Matrix-Unterstützten
Laserdesorptions/Ionisations-Massenspektrometrie (MALDI-MS) 1987 durch Karas und Hillenkamp an diesem
Institut seinen Ausgang genommen. Die MALDI-MS ist eines der zwei modernen Verfahren zur
massenspektrometrischen Analyse biologischer Makromoleküle. Es hat in den letzten Jahren vor allem die
Proteinanalytik revolutioniert (Proteomik) und ist auf dem Weg, auch für die Analytik anderer Stoffklassen
völlig neue Möglichkeiten zu eröffnen. Das Institut zählt weltweit zu den bekanntesten
Zentren der makromolekularen Massenspektrometrie. In der Arbeitsgruppe werden parallel und in etwa
gleichwertig Arbeiten zu drei Schwerpunkten durchgeführt:
Methodische und instrumentelle
Weiterentwicklungen. Zum einen geht es dabei um Grundlagenforschung zur Aufklärung der
physikochemischen Prozesse, die der Laserdesorption intakter makromolekularer Ionen zugrunde liegen, sowie
deren Umsetzung für instrumentelle
Verbesserungen. Wichtigstes Beispiel ist hier die Entwicklung der MALDI-MS mit Wellenlängen im
Infraroten und die Entwicklung einer "Infrarot-Nachionisationstechnik" zur Generation groçer
Biomolekülionen aus kleinsten Tröpfchen.
Prototypische Erschlieçung neuer Anwendungsfelder. Hierzu gehören vor allem die Anwendung der
MALDI-MS auf die Analyse von Nukleinsäuren, die in jüngerer Zeit völlig neue
Möglichkeiten eröffnet hat, und die Analyse von Kollagenproteinen. Hybride Kopplung der
MALDI-MS mit analytisch-chemischen Methoden. Hierzu gehören in jüngerer Zeit vor allem
diejenige
mit der Dünnschichtchromatographie (DC) zur Detektion von Glykokonjugaten direkt von der DC-Platte.
Alle Projekte werden in Kooperation mit Kollegen in Münster und an/in auswärtigen
Universitäten
und Firmen durchgeführt.
Elektronenmikroskopie und Analytik
Dies war das traditionelle Arbeitsgebiet des Instituts, eingeführt von seinem Gründer, Prof. G.
Pfefferkorn. Nach der Übernahme des Arbeitsgebiets durch Prof. Rudolf Reichelt im Sommer 1990 wurde
das traditionelle Methodenspektrum durch hochauflösende elektronen- und rastersondenmikroskopische
Techniken
(Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie, Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskopie) erweitert. Diese
Techniken wurden wesentlich durch Drittmittel gefördert und werden sehr erfolgreich für strukturelle
Untersuchungen an biologischen / organischen / medizinischen Proben eingesetzt. In der Arbeitsgruppe werden
parallel Arbeiten zu folgenden Schwerpunkten durchgeführt:
Methodische und instrumentelle Weiterentwicklungen. Dabei geht es insbesondere um Beiträge zur
Aufklärung und Quantifizierung von mikroskopischen Kontrastphänomenen sowie um instrumentelle
Verbesserungen.
Erweiterungen, die die Effizienz und Aussagekraft der Methoden steigern und neue Anwendungen
ermöglichen. Ein wichtiges Beispiel ist die Entwicklung von Detektoren zur Zählung einzelner
Signalelektronen für quantitative Anwendungen wie beispielsweise die Massenmessung einzelner
Biomakromoleküle, Masse pro Länge von Filamenten sowie Masse pro Fläche von Membranen
oder dünnen Filmen.
Strukturelle Untersuchungen mit hoher räumlicher Auflösung an mono- und multimolekularen
organischen Filmen (z.B. Lipid-, Lipid/Protein-, Thiolfilme) erfolgen mit dem Ziel, die strukturellen Daten mit
Funktionszuständen bzw. Filmeigenschaften zu korrelieren. Die räumlich hochaufgelöste
Charakterisierung von Oberflächen im Rahmen konkreter wissenschaftlicher Projekte, z.B. zu
immunologischen / medizinischen / allergologischen / mikrobiologischen /
biotechnologischen Fragestellungen werden ausnahmslos in Kooperation mit Kollegen in Münster, anderen
deutschen und ausländischen (u.a. Belgien, Österreich, Schweiz, Venezuela) Instituten bzw.
Universitäten durchgeführt. Die Arbeitsgruppe besteht aus Studenten (Diplom, Promotion),
promovierten Mitarbeitern (gegenwärtig Fachrichtungen Physik und Biologie) und technischen Mitarbeitern,
die ein interdisziplinäres Team bilden.
Biomedizinische Analytik
Die Abteilung Biomedizinische Analytik wurde unter der Leitung von Frau Prof. Jasna Peter-Katalinic als
Laboratorium für
biomakromolekulare Massenspektrometrie im Oktober 1996 gegründet. Unsere Forschungsschwerpunkte
liegen auf Fragestellungen über die Struktur und Funktion von Glykosylierungsparametern in den Prozessen
der Entwicklung des Gehirn, bei Initiationsprozessen der Entzündung, in der Tumorbiologie und bei
hereditären Enzymdefekten. Hierbei kommen modernste massenspektrometrische Methoden und Techniken
zum Einsatz. Die Expression und Struktur von komplexen N- und O-verknüpften Kohlenhydraten in
natürlichen und rekombinanten Glykoproteinen und von terminalen Kohlenhydratepitopen an
Glykoproteinen
und Glykolipiden werden ermittelt. Im Bereich der Proteomik und Glycomik werden sowohl die Peptide als auch
die Glykane bezüglich funktionsrelevanter Strukturveränderungen untersucht. Zur
Weiterentwicklung von Mikro- und Nanomethoden zum Nachweis von bis zu femtomolaren Mengen an
Glykokonjugaten werden TLC-, LC- und CE-Kopplung mit der Massenspektrometrie sowie chip-basierte,
teilweise
automatisierte Ionisierungssysteme eingesetzt. Zur Sequenzierung und Strukturaufklärung von biologischen
Makromolekülen wird mit verschiedenen Tandem MS Techniken gearbeitet.
Neben einem Hybrid Quadrupol-Flugzeit Massenspektrometer (Q-Tof MS) kommt ein Fourier-Transform Ion
Zyklotron Resonanz Massenspektrometer (FT-ICR MS) bei der Untersuchung von verschiedensten
Glykokonjugatspezies zum Einsatz. Die FT-ICR MS zeichnet sich durch ein extrem hohes
Massenauflösungsvermögen, eine hohe
Massengenauigkeit sowie die Fähigkeit zur Durchführung verschiedener (mehrstufiger)
Fragmentierungsmethoden aus.
In der Gruppe arbeiten Doktoranden (Chemiker, Biochemiker, Physiker), Postdoktoranden (Chemiker und
Biochemiker), ein wissenschaftlicher Assistent (Biochemiker) und ein technischer Mitarbeiter.
Kooperationen bestehen mit mehreren Arbeitsgruppen der Medizinischen und
Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Münster und an Proteinen und
Glykokonjugaten forschenden Gruppen an deutschen Universitäten, sowie mit Laboratorien in
Großbritanien, Kroatien, den Niederlanden, Norwegen, Österreich, Russland, Slovenien, der Ukraine,
und den USA.
Molekulare Zellbiologie
Dieses Arbeitsgebiet unter der Leitung von Prof. Reiner Peters führt die Entwicklung der
Fluoreszenz-Mikroskopie und ihrer Anwendung bei der Untersuchung von Transportvorgängen in Zellen
fort. Die Fluoreszenz-Mikrophotolyse wurde 1974 von Peters et al. eingeführt und ist auch unter der
Bezeichnung "fluorecence recovery after photovleaching (FRAP)", zu einer weitverbreiteten Technik der
Zellforschung geworden. In Münster wurde in der Gruppe 1994 die Scanning Mikrophotolyse (SCAMP)
entwickelt, eine Verschmelzung von Fluoreszenz-Mikrophotolyse und konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie.
1999 wurde daraus die Optische Einzeltransporter-Registrierung (OSTR) entwickelt, die es ermöglicht, die
Aktivität einzelner Transporter in funktionell isolierten Membranbezirken mit fluoreszenzmikroskopischen
Mitteln zu messen ("fluorescent patch clamp").
Weiterhin beschäftigt sich die Gruppe mit dem "single particle tracking", einem fluoreszenzmikroskopischen
Verfahren zur Visualisierung und nanometer-genauen Lokalisation einzelner Partikel und Moleküle. Die
entwickelten Methoden werden angewendet, um den intrazellulären Transport von Makromolekülen
zu
untersuchen. Schwerpunkte sind dabei die Transporteigenschaften des Porenkomplex der Kernhülle sowie
die
Transportwege innerhalb des Zellkerns. 1999 konnte in der Arbeitsgruppe erstmals der Transport von Proteinen
durch einezelne Kernporenkomplexe gemessen werden und damit das Potential des OSTR-Verfahrens gezeigt
werden.
|