In dieser Episode spricht Bernd Rupp mit Celina Thiel, Doktorandin an der Goethe Universität Frankfurt . Celina forscht in der Arbeitsgruppe für Membranbiochemie von Prof. Dr. Inga Hänelt. Im Rahmen ihrer Promotion beschäftigt sie sich mit den „molekularen Grundlagen der elektrometabolischen Signalübertragung in Biofilmen von Bacillus subtilis“. Außerdem ist sie Host des Wissenschaftspodcasts „MicrobeThingsMacro“.
Celina Thiel. Quelle: bernd@wirkstoffradio.de
Zu Beginn erläutert Celina, welche besonderen Eigenschaften *Bacillus subtilis* besitzt und warum dieses Bakterium häufig als Modellorganismus in der Forschung eingesetzt wird. Anschließend sprechen Celina und Bernd über Biofilme, deren Aufbau und die physiologischen Eigenschaften. Die dabei beobachteten Verhaltensweisen zeigen, dass Biofilme mehr als eine Ansammlung einzelner Bakterien sind: Sie bilden komplexe, mehrzellige Verbände, die häufig als „Cities of Microbes“, also als Städte der Mikroorganismen, beschrieben werden. Die koordinierte Organisation eines solchen Verbandes erfordert eine interne Kommunikation, die unter anderem über biochemische und elektrische Signale erfolgt.
Im Mittelpunkt von Celinas Doktorarbeit steht die Aufklärung eines Signals, das über den Kaliumkanal YugO vermittelt wird. Im Gespräch erklärt sie, wie sie bei der Untersuchung dieses Mechanismus vorgeht. Dabei sprechen Celina und Bernd unter anderem über die Präparation und Messung des Proteinkomplexes sowie über die Rekonstitution des Ionenkanals.
Zum Abschluss berichtet Celina, wie sie zum Podcasten gekommen ist und ihren Wissenschaftspodcast „MicrobeThingsMacro“ ins Leben gerufen hat. Außerdem klären die beiden, welche Verbindung zwischen ihrem Podcast und WissPod besteht.
Zuerst diskutieren Andrew und Bernd allgemein die Architektur von Ionenkanälen und deren Rolle bei der Signalweiterleitung im Körper. Besonders betonen sie, dass Signale nicht nur weitergeleitet, sondern auch summiert oder integriert werden können, was erst durch das Öffnen und Schließen der Ionenkanäle möglich wird. Diese Mechanismen sind beispielsweise entscheidend dafür, dass wir Fähigkeiten wie das Fangen eines Balls erlernen können. Andrew erklärt im Gespräch, wie diese Prozesse auf molekularer Ebene ablaufen und wie molekulare Veränderungen mit elektrischen Signalen zusammenhängen. Dadurch lässt sich auch das Phänomen des sogenannten „Muscle Memory“ verstehen.
In seiner Forschung konzentriert sich Andrew besonders auf den AMPA-Rezeptor. Er untersucht nicht nur, wie Glutamat an diesen Rezeptor bindet, sondern auch, wie sich das Membranpotential bei der Bindung des Liganden verändert. Mit seinem Team geht er so weit, einzelne Kanäle zu vermessen, um die Erregbarkeit der verschiedenen Rezeptortypen präzise zu charakterisieren.
In der zweiten Episode über Analgetika diskutieren Hans-Dieter Höltje und Bernd Rupp Schmerzmittel aus der Gruppe der Opioide, die früher auch als „starke Analgetika“ bekannt waren.
Zu Beginn der Episode erklärt Hans-Dieter die Lebertoxizität von Paracetamol und wie sie entsteht.
Überlagerung des Morphins (schwarz) mit dem Tyrosin (rot) aus den Enkephalinen; Quelle: Hans-Dieter Höltje.
Anschließend beschreibt Hans-Dieter die wichtigsten strukturellen Elemente der Morphinstruktur und ihre räumliche Verbindung zueinander. Nach der Entdeckung der Enkephaline als endogene Opioide konnten die strukturellen Segmente identifiziert werden, die für die Wirkung entscheidend sind.
Nach der Darstellung von Morphin und seinen Derivaten wie Heroin, Codein und Oxycodon gehen Hans-Dieter und Bernd auch auf Analgetika der Morphinane und Benzomorphane ein, sowie auf vollsynthetische Vertreter wie Pethidin und Methadon. Sie diskutieren, wie diese Substanzen auch ohne die strukturelle Rigidisierung von Morphin ihre Wirkung an den Opioidrezeptoren entfalten können.
Abschließend besprechen Hans-Dieter und Bernd die Wirkungsmechanismen von Ziconotid und Flupirtin, die sich grundlegend von den klassischen Opioid-Analgetika unterscheiden.
In dieser Episode sprechen Hans-Dieter Höltje und Bernd Rupp über die Architekturen unterschiedlicher Ionenkanäle.
Tetramer Struktur eines Ionenkanals, hier ist ein CNGA1 Rezeptor dargestellt (PDB ID:7LFW), DOI: 10.1016/j.neuron.2021.02.007; Quelle: Haoran Liu, AG Sun
Hans-Dieter erklärt die beiden grundlegenden Bauformen und die prinzipielle Funktion von Ionenkanälen, die entweder als Tetramer oder auch als Pentamer in unterschiedlichen Zellen vorkommen können.
Durch den Transport der Ionen bildet sich an der Membran der jeweiligen Zellen ein Potential aus. Die Änderung dieser Potentiale mit Hilfe der unterschiedlichen Ionenkanal-Typen ist entscheidend für den Ablauf diverser physiologischer Prozesse, die viel weiter reichen als die hier gezeigten molekuaren Modelle und Themen anderer Wirkstoffradio Episoden.
Im September feiert das Wirkstoffradio sein 5 -jähriges Bestehen, daher lädt Bernd alle Hörer:Innen ein, jetzt schon Vorschläge für eine Jubiläumsveranstaltung zu machen.
