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Kurznachrichten Mai 2013

Weltweit neuartige Kombination von Messverfahren

Grundlagenforschung und medizinische Anwendungen sind untrennbar mit technisch-methodischen Fortschritten verbunden. Dr. Irene Neuner vom Jülicher Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM) entwickelte gemeinsam mit dessen Direktor Prof. N. Jon Shah eine weltweit neuartige Kombination von Messverfahren, die elektrophysiologische Aufzeichnungen vom Gehirn in einem 9,4 Tesla-Magnetresonanztomografen ermöglicht. Die Ergebnisse wurden unlängst im Fachmagazin "Neuroimage" publiziert.

"Durch die Kombination beider Messtechniken nutzen wir die hohe räumliche Auflösung der MRT-Aufnahmen im 9,4 Tesla-Gerät und die schnelle zeitliche Response bei EEG-Messungen", erläutert Irene Neuner. Die verwendete hohe Feldstärke gibt es weltweit nur viermal. Bisher wurden in der Forschung für diese Art der kombinierten Messungen maximal 3 bzw. 7-Tesla-Geräte genutzt. Der Grund: "Je höher die Feldstärke ist, desto größer sind auch die kardio-ballistischen Störsignale", erläutert die Wissenschaftlerin, die sowohl am Forschungszentrum Jülich als auch in der Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie und Psychosomatik am Universitätsklinikum Aachen als Oberärztin tätig ist.

Die Herausforderung für die Wissenschaftler bestand nun darin, trotz hoher Feldstärke aussagekräftige Daten zu erhalten. Um die Störsignale im 9,4 Tesla-Magnetfeld herausrechnen zu können, verwendete Shah, Leiter der Arbeitsgruppe MR-Physik am INM, zusammen mit Jürgen Dammers und Irene Neuner einen modifizierten Algorithmus der Independent Component Analysis (ICA).

Um seine Relevanz zu überprüfen, wurden bei gesunden Probanden elektrophysiologische Messungen bei der Verarbeitung von Lichtreflexen im Gehirn ohne und im 9,4 Tesla-Magnetfeld vorgenommen. Das Ergebnis: "Mit dem neuen Algorithmus erhielten wir hoch aufgelöstes Datenmaterial, das eine viel genauere Visualisierung der Abläufe im Gehirn ermöglicht", freut sich Irene Neuner. Die methodischen Erkenntnisse sind auch für weitere Forschungsprojekte – unter anderem zum Thema Resting-State oder zu frühen kognitiven Prozessen – nützlich.

AlgorithmusMit dem neuen Algorithmus erhalten die Wissenschaftler hoch aufgelöstes Datenmaterial, das eine viel genauere Visualisierung der Abläufe im Gehirn ermöglicht.
Copyright: Forschungszentrum Jülich

Weitere Informationen

Originalpublikation: "EEG acquisition in ultra-high static magnetic fields up to 9.4 T" (Science Direct)

Institut für Neurowissenschaften und Medizin, Bereich Physik der Medizinischen Bildgebung (INM-4)

Jülich Aachen Research Alliance JARA-BRAIN

Das Leben verstehen

Proteine erfüllen lebenswichtige Aufgaben, etwa für die Funktion und die Struktur von Zellen. Um überhaupt aktiv zu werden, müssen sich die meisten Proteine in spezifische dreidimensionale Formen falten. Wie der Prozess genau funktioniert, ist noch nicht komplett entschlüsselt worden. Neue Erkenntnisse verspricht sich die Forschung von Computersimulationen. Jülicher Forschern ist es gelungen, die Faltung eines Proteins mit 92 Aminosäuren mithilfe des Monte-Carlo-Verfahrens zu beschreiben. Die Berechnung gilt als bislang größte Proteinfaltungssimulation, die ohne Zuhilfenahme von Daten aus dem gefalteten Zustand auskommt.

Proteine sind lange Ketten von Aminosäuren, die enorm viele verschiedene Formen annehmen können. Erstaunlicherweise benötigen die meisten Proteine nur zwischen einer Mikrosekunde und einer Sekunde, um ihre gewünschte Gestalt anzunehmen. "Um das Leben zu verstehen, muss man diesen Vorgang verstehen", betont Dr. Sandipan Mohanty vom Jülich Supercomputing Centre (JSC). Dadurch könnte die Forschung auch mehr über Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson oder Creutzfeldt-Jakob herausfinden, bei denen fehlerhafte Proteinfaltungen beobachtet wurden.

Monte-Carlo-Simulationen werden relativ selten zur Berechnung von Proteinfaltungen eingesetzt. Die meisten Forscher verwenden hierfür das Molekulardynamik-Verfahren. „Doch diese Methode kann nur Proteine simulieren, die sich in weniger als einigen Millisekunden falten. Viele Proteine benötigen jedoch mehr Zeit“, erklärt JSC-Forscher Dr. Olav Zimmermann. Monte-Carlo-Simulationen simulieren nicht den zeitlichen Verlauf, sondern modellieren die Wahrscheinlichkeit aller relevanten Zustände eines Moleküls. Daher können damit auch langsamere Faltungen größerer Proteine beschrieben werden, wie die Jülicher Forscher jetzt zeigen konnten.

Mehr Informationen

Originalpublikation: "Folding of Top7 in unbiased all-atom Monte Carlo simulations" (Wiley Online Library)

Jülich Supercomputing Centre (JSC)

Wirkstoffe leicht gemacht

Jülicher Wissenschaftler haben ein neuartiges Verfahren entwickelt, das die nachhaltige und umweltfreundliche Herstellung von Norephedrin und Norpseudoephedrin ermöglicht. Die beiden Substanzen gehören zur Gruppe der Aminoalkohole. Sie finden Anwendung als Appetitzügler und werden aufgrund ihrer anregenden Funktion auf das vegetative Nervensystem auch als Herzkreislauf-Medikament und Erkältungsmittel eingesetzt.

Bisher ließen sich die beiden Stoffe in Reinform nur in einem aufwendigen, mehrstufigen Prozess unter Verwendung zahlreicher giftiger Zusätze oder aus teuren Ausgangsstoffen gewinnen. Forscherinnen und Forschern der Helmholtz-Nachwuchsgruppe "Synthetische Enzymkaskaden" ist es mithilfe des gezielten Einsatzes von Enzymen gelungen, die chemischen Verbindungen in nur zwei Schritten aus günstigen Ausgangsstoffen herzustellen. Auch ohne Zwischenprodukte isolieren zu müssen, konnte eine sehr hohe Produktreinheit erzielt werden.

Der komplette Prozess findet ökoeffizient in einem einzigen Reaktionsgefäß statt. Zudem zeigen die Wissenschaftler vom Jülicher Institut für Bio- und Geowissenschaften (IBG-1) eine Möglichkeit auf, die Effizienz des neuartigen Verfahrens durch eine sogenannte Rezyklierungskaskade weiter zu steigern. Dabei wird ein Nebenprodukt, das ohnehin im zweiten Reaktionsschritt anfällt, als Ausgangsstoff für den ersten Reaktionsschritt wiederverwertet.

Weitere Informationen:

Originalpublikation: "Two Steps in One Pot: Enzyme Cascade for the Synthesis of Nor(pseudo)ephedrine from Inexpensive Starting Materials" (Wiley Online Library)

Institut für Bio-und Geowissenschaften, Bereich Biotechnologie (IBG-1)

Deutsch-japanisches Forschungsprojekt zu neuronalem Verständnis des Lernens

Lernen durch gute und schlechte Erfahrungen – dieser Prozess ist essenziell im Gehirn: Eine heiße Herdplatte berührt man meist nur einmal mit Absicht, ebenso verinnerlicht man peinliche oder besonders schöne Situationen im sozialen Miteinander. Wie das Gehirn ein neuronales Signal erstellt, um das Erlebte zu bewerten und das Verhalten anzupassen, untersuchen Jülicher Forscher nun mit Kollegen der Universität of Tokyo in Japan. Dabei steuern die japanischen Wissenschaftler um Kenji Morita ihre Expertise in der detaillierten Modellierung der Signalübertragung an einzelnen Nervenzellen bei. Forscher um Abigail Morrison vom Jülicher Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM-6) ergänzen das um die Modellierung ganzer Netzwerke von Nervenzellen. Das Forscherteam wird dabei als eines von vier Projekten im Rahmen einer deutsch-japanischen Initiative für die kommenden drei Jahre mit gut 190 000 Euro gefördert. Die Förderung beruht auf einem Abkommen aus dem Jahr 2012 zwischen der Japan Science and Technology Agency (JST), dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), mit dem sie die binationale Zusammenarbeit im Bereich Computational Neuroscience stärken wollen. Bereits 2012 wurden sechs Projekte aus diesem Forschungsgebiet gefördert.

Weiterführende Informationen:

Website der DFG: "Vier deutsch-japanische Gemeinschaftsprojekte im Bereich Computational Neuroscience bewilligt"

Institute of Neuroscience and Medicine, Bereich Computational and Systems Neuroscience (INM-6)

Aktuelle Termine

Auf Seite http://www.fz-juelich.de/termine finden Sie aktuelle Konferenzen und Veranstaltungen im und mit dem Forschungs¬zentrum Jülich, unter anderem:

"Karriere made in Jülich"

15. Juni, Forschungszentrum Jülich, Seecasino
Bereits zum sechsten Mal findet die Abschlussveranstaltung "JuDocs – Karriere made in Jülich" mit Doktorandinnen und Doktoranden des Forschungszentrums Jülich statt. Von 18 Uhr lädt der Vorstand gemeinsam mit dem Studium Universale, der Doktorandeninitiative des Forschungszentrums Jülich, zu einem Festakt ein. Präsentiert wird die Nachwuchsarbeit des Forschungszentrums in Kooperation mit seinen Partnern. In diesem Rahmen werden die Doktorandinnen und Doktoranden des aktuellen Jahrgangs offiziell geehrt und verabschiedet.

Weitere Informationen: Website der Veranstaltung

Netz

"Tag der Architektur": Website und neue App

Die Architektenkammern laden in diesem Jahr wieder am letzten Juniwochenende zum „Tag der Architektur“. Auch das Forschungszentrum Jülich ist mit dabei und öffnet eine Reihe von Bauten für interessierte Besucher. Interessenten können sich jetzt auf der Website des Forschungszentrums über die Gebäude informieren und ihren Besuch anmelden.

Zum Auftakt des diesjährigen "Tags der Architektur" gab es unterdessen einen Relaunch der Website der Aktion; für alle mobilen Endgeräte steht außerdem seit Anfang Mai eine Routen- und Terminplanung über die mobile Website mobil.tag-der-architektur.de zur Verfügung. Anfang Juni steht die App dann auch im App- bzw. Playstore zum kostenlosen Herunterladen bereit.

"Tag der Architektur" im Forschungszentrum Jülich

Website des Tags der Architektur

Pressekontakt:

Erhard Zeiss, Tel. 02461 61-1841, e.zeiss@fz-juelich.de


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