Universität Bonn

AG Biophysikalische Chemie - Prof. Dr. U. Kubitscheck

AG Biophysikalische Chemie
Prof. Dr. U. Kubitscheck
U. Kubitscheck
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AG Biophysikalische Chemie

Bild1
© Uni Bonn

Unsere Arbeitsgruppe widmet sich der Analyse molekularer Dynamik im Kontext biologischer oder biomimetischer Systeme; unser Kerngebiet ist die Analyse molekularer Kinetik innerhalb supramolekularer Komplexe auf Einzelmolekülebene.

Wir setzen modernste Lichtmikroskopietechniken wie konfokale Scanning-Mikroskopie und Einzelmolekülmikroskopie mit verschiedenen Illuminierungstechniken ein.

Unsere Labore sind für die vorbereitende Biochemie und alle Standardprotokolle von der Zell- bis zur Molekularbiologie ausgestattet.

Ein weiterer Schwerpunkt unserer Arbeit ist die Entwicklung neuer bzw. die Verbesserung bestehender lichtmikroskopischer Methoden; aktuelle Schwerpunkte sind die Lichtscheiben-Fluoreszenzmikroskopie (LSFM), die konfokale LSFM und die 3D-Partikelverfolgung.

Unsere Forschungsgebiete sind:
(i) Analyse der molekularen Struktur und Dynamik in biologischen Systemen und der kinetischen Prozesse in supramolekularen Komplexen
(ii) Entwicklung von Hochleistungs-Lichtmikroskopietechniken

Themen der Forschung

Analyse des Transports und des nuklearen Exports von
RNA-Partikeln in vivo

RNA transport 2
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Single Export Event
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Vereinfachtes Prinzip des mRNA-Exports

Komplexe aus mRNA-Molekülen, Proteinen und Exportfaktoren beim Export durch einen Kernporenkomplex in der Kernhülle. Die DEAD-Box-RNA-Helikase Dbp5 befindet sich an der zytoplasmatischen Seite der Pore. Die Entfernung der Exportfaktoren durch Dbp5 sorgt für die Richtungsabhängigkeit des mRNA-Exports.


Lichtscheiben-Fluoreszenzmikroskopie (LSFM)

Building a microscope 2
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Strahlengang der ersten Generation unseres speziell entwickelten Lichtscheiben-Fluoreszenzmikroskops (2012).

Entwicklung eines speziellen Lichtscheibenmikroskops für expandierte Proben

Besonderheiten

Gleichzeitige und schnelle Bildaufnahme in zwei Farben

Für große und transparente Proben bis zu einem Volumen von 20x20x2 mm³

Automatisierte, stabile Bildaufnahme über Stunden

Building a microscope 3
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LSM 3
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Design neuer Lichtbogenprofile

Verbesserung der optischen Auflösung und der bildgebenden Bildfrequenz

(1) Begrenzte Auflösung und Feldgröße bei Verwendung einer Lichtplatte mit Gaußschem Intensitätsprofil

(2) Verringerung der Lichtblattdicke durch Verwendung von Bessel-Strahl-Beleuchtung

(3) Schnelle Bildraten bei Verwendung dünner Lichtplatten durch horizontales Dithering eines "Gitters" von Bessel-Strahlen


Expansions-Mikroskopie

Idee:
Die physikalische Ausdehnung von Proben ermöglicht die Auflösung feinster Details.
Eine effektive superauflösende Mikroskopie wird mit herkömmlichen Techniken möglich.

Vorteile:
Transparentes Präparat
Brechungsindex identisch mit dem von Wasser

Nachteil:
Nur feste Proben

ExM 2
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ExM 3
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Lichtscheiben-Expansions-Mikroskopie von Mausgehirnschnitten

(A) Körnerzellen des Gyrus dentatus der Maus, die EGFP exprimieren. Maximalintensitätsprojektion eines expandierten Mausgehirnschnitts, aufgenommen mit einem speziellen LSFM.
Größe 1150 x 1010 x 483 µm³ (40 z-Stapel, Schrittweite 300 nm, 15% Überlappung), (B) Vergrößerung der in A markierten ROI, laterale Feldgröße 236 x 244 µm2, (C) 3D-Ansicht von B mit 864 Schichten des Stapels. In Rot die Segmentierung und Verfolgung eines Neuriten, (D) segmentierter und in 3D rekonstruierter Dendrit mit seinen dendritischen Dornen (siehe in B markierte ROI).


Analyse der Wirkungsweise von Antibiotika auf Bakterien

Ziele und Vorgehensweisen

Visualisierung von Komponenten der Zellwand-Biosynthesemaschinerie (CWBM) in Staphylococcus aureus
• Generierung von Stämmen, die markierte CWBM-Komponenten exprimieren
• Mikroskopie mit hoher Auflösung
• Visualisierung von Protein- und Membran-Mikrodomänen

Untersuchung der Auswirkungen von Antibiotika auf die Lokalisierung
• Antibiotika mit unterschiedlichem Grad der Membranbeeinträchtigung
• Zeitaufgelöste hochauflösende Mikroskopie
• Überwachung der Lebensfähigkeit von Zellen

Quantifizierung der Dynamik zwischen CWBM-Komponenten und Antibiotika in vitro
• Membran-Doppelschichtsysteme
• Untersuchung der Auswirkungen von Membraneigenschaften

Bacterien Antibiotika
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S. aureus 1
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Konzept und zentrale Frage:

Wie beeinflussen Antibiotika die Organisation der Zellwandbiosynthesemaschinerie (CWBM)?

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