AG Biophysikalische Chemie

Die Arbeitsgruppe Biophysikalische Chemie widmete sich der Analyse molekularer Dynamik in biologischen und biomimetischen Systemen.
Unser Kerngebiet war die Analyse molekularer Kinetik innerhalb supramolekularer Komplexe auf Einzelmolekülebene. Dazu haben wir modernste Lichtmikroskopietechniken wie Airyscan-Mikroskopie, Einzelmolekülmikroskopie mit verschiedenen Beleuchtungstechniken und Lichtscheiben-Fluoreszenz-Expansions-Mikroskopie eingesetzt und methodisch weiter entwickelt.

Die Arbeitsgruppe wurde Ende September 2025 geschlossen. Prof. Dr. Ulrich Kubitscheck (u.kubitscheck@uni-bonn.de) arbeitet jetzt als Systemischer Berater und Coach (www.coaching-kubitscheck.de¹ ) und freut sich auf Ihre Anfrage. Darüber hinaus steht er nach Möglichkeit weiterhin für Projektberatung, sowie für wissenschaftliche Gutachten und Vorträge zur Verfügung.

Für Unterstützung bei der Durchführung weiterer Projekte unter Verwendung fortgeschrittener Lichtmikroskopie wenden Sie sich bitte an Dr. Jan Peter Siebrasse (jpsiebrasse@uni-bonn.de) oder Prof. Dr. Ulrike Endesfelder (endesfelder@uni-bonn.de).

Kontakt ²

Forschung

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

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)

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

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

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

Konzept und zentrale Frage:

Wie beeinflussen Antibiotika die Organisation der Zellwandbiosynthesemaschinerie (CWBM)?