Wirkstoffradio (MP3 Feed)

Bernd und André sitzen wieder zusammen bei Bernd im Wohnzimmer, um über Dinge zu sprechen, die ihnen in den letzten Folgen aufgefallen sind und ausführlicher besprochen werden müssen und um über alles zu quatschen, was ihnen sonst so in den Sinn kommt.

Ein bisschen wird über die letzte Folge gesprochen, WSR017 Warum Chilli heiß und Minze kühl schmeckt oder was Chemesthetik ist, die letzte Folge unserer kleinen Reihe aus dem Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der TU München (LSB) (erstes Interview: WSR013 Wie funktioniert unser Geruchssinn?, zweites: WSR015 Wie funktioniert unser Geschackssinn?) und über die darin angesprochenen Scharfstoffe wie Capsaicin, aber auch über den Lichtschutzfaktor von Sonnencremes, ABC-Pflaster und das Umwandeln von Blutgruppen. Außerdem: Wir haben einen Flyer!

Wir haben einen eigenen Flyer. Wenn Ihr mögt ,was wir hier im Podcast machen und Ihr wollt das weitererzählen und könntet so einen Flyer gebrauchen, dann schreibt eine eMail an [email protected] und Bernd und André sorgen dafür ,dass Ihr einen kleinen Stapel Flyer bekommt. Die Flyer wurden uns vom Leibniz-Forschungsinstitut für molekulare Pharmakologie (FMP), genauer von Silke Osswald geschenkt. Danke! Designt wurde der Flyer von den Sisters of Design.

Bernd und André sprechen kurz vergangene Folgen an:

Stichworte als Link: LNdW Berlin & Potsdam – TU Berlin Haus des Lernens – WAT-Lehrer – Fermentation – Gingerol – Ingwer – Geschmackslabor meets Schmeck!

Links zu den Rezepten, die Bernd dort kennen gelernt hat:

Fermentations-Rezepte LNDW, CC BY-NC, von Vincent Bengelsdorf ([email protected]) und Wayne Gregory ([email protected]).

Wärmepflaster – Hexenschuss – Arnika – Belladonna – Capsicum – Atropin – Gefäßerweiterung – Substanz P – Oligopeptide

Vanillin – Vanilloide – Aromaten – Peptidbindung – Amine – Amide – Pseudocapsaicin Nonivamid – Chayennepfeffer – Pfeffer

Hinweis auf die Zeitsprung Podcast Episode: ZS181: Von Gulasch, Pörkölt und Nationalgerichten

Die Physik dahinter hat André bereits in Folge WSR004 Sonnenmilch, Soja-Sauce und Chromatographie angesprochen.

Link zum Paper (open access): Julie Williams Merten et al., Pinterest Homemade Sunscreens: A Recipe for Sunburn, Health Communication (2019)

Sonnenschutz – Lichtschutzfaktor – Hauttyp – UV-Index – Pinterest (Wikipedia) – UV-Strahlung – Erythema – Minimale Erythemadosis – Eigenschutzzeit – Sonnenbrand – Verbrennung – Hautkrebs

André bedankt sich bei Bernd für zwei Geschenke. Zur Konfirmation von Bernds Sohn hat Bernds Schwester Löwenzahnmarmelade und Waldmeisterzucker gemacht – und André hat auch etwas bekommen.

Außerdem noch ein Hinweis von Bernd zum „Selbermachen“ auf eine Episode des CRE Podcasts  über das Bierbrauen: CRE194 Bier.

SETI@home Homepage – SETI@home (Wikipedia) – Folding@home Homepage – Folding@home (Wikipedia) – foldit Homepage – foldit (Wikipedia)

Noch weitere Wirkstoffradio-Folgen, in denen es um Proteinstrukturen geht:

Link zum Science Media Center Deutschland: Enzymatische Umwandlung von Blutgruppe A in Blutgruppe 0

Hinweis auf WSR009 Enzymen bei der Arbeit zusehen mit CARS-Mikroskopie

Bernd und André machen im Juli eine Sommerpause. Am Sonntag,  11.08.2019 wird die nächste Wirkstoffradio-Folge veröffentlicht. Habt einen schönen Sommer!

Wir freuen uns immer über Feedback: per Mail unter [email protected], in den Kommentaren unter den einzelnen Episoden, über Twitter @wirkstoffradio oder auch als Bewertung bei iTunes oder panoptikum.social.

Bernd und André waren zu Gast am Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der TU München (LSB) und haben dort mit mehreren Wissenschaftler*innen gesprochen. Dies ist das dritte und letzte Interview aus dem LSB (erstes Interview: WSR013 Wie funktioniert unser Geruchssinn?, zweites: WSR015 Wie funktioniert unser Geschackssinn?)

Dieses Mal sprechen Bernd und André mit Dr. Gaby Andersen, die in der Sektion II: Chemorezeptoren & Biosignale die Arbeitsgruppe Chemesthetics & Metabolism am LSB leitet. Sie beschäftigt sich mit dem Phänomen, dass sich manche Speisen im Mund heiß (zum Beispiel Chili) oder kalt (zum Beispiel Minze) anfühlen und welche Auswirkungen das auf den Stoffwechsel hat.

Unter Chemesthetik oder Chemesthese versteht man eine Sensibilität von Haut und Schleimhäuten gegenüber chemischen Verbindungen. Das Besondere: diese Sensibilität wird vermittelt über Rezeptoren die normalerweise Empfindungen wie Hitze oder Kühle vermitteln. Das heißt chemische Verbindungen können beim Menschen diese Temperaturempfindungen auslösen. Im Mundraum ist der fünfte Hirnnerv, der Nervus Trigeminus für die Temperaturempfindung verantwortlich. Die Sensoren, die die Empfindung auslösen, sind Ionenkanäle.

Für das Temperaturempfinden (oder Thermorezeption) ist das Ruhemembranpotential in der Nervenzelle verantwortlich. Bei Temperaturveränderung reagiert der Ionenkanal und lässt Ionen einströmen, die dann das Potential ändern und dadurch ein Reiz an das Gehirn weitergegeben wird. Stoffe, die beispielsweise für die Schärfe im Chili verantwortlich sind, können an diesen Ionenkanal binden und so dafür sorgen, dass Ionen einströmen und damit ebenfalls der Reiz ausgelöst wird. Für das Gehirn ist das Empfinden allerdings immer gleich: Temperaturempfinden.

Die meisten Stoffe, die den oben bereits erwähnten Ionenkanal öffnen können, sind Scharfstoffe wie das Capsaicin oder Gingerol. Die grundlegende Struktur wird von der Gruppe der Vanilloiden bestimmt, zu denen das Capsaicin gehört. Bei den Vanilloiden gibt es immer eine Art „Kopfgruppe“ und einen „Schwanz“ der Lipophil ist, also in die Doppellipidmembran der Zellwand eindringen kann und so überhaupt erst einmal die Nähe zu einem Ionenkanal hergestellt werden kann.

Die TRP-Kanal-Familie (kurz für Transientes Rezeptor Potential) hat mehrere Unterfamilien, von denen drei Unterfamilien für die Chemesthese im Mundraum interessant sind:

In der Abbildung oben sind bereits die verschiedenen Kanäle markiert, die für ein Wärmeempfinden verantwortlich sind, und auch durch die Bindung von Scharfstoffen stimuliert werden können. Ein kühles Gefühl im Mundraum kann durch die Kanäle TRPM8 und TRPA1 vermittelt werden. Menthol kann an den Kanal TRPM8 binden und löst so den selben Reiz aus wie ein Eiswürfel im Mundraum. Übrigens stimuliert Senf den TRPA1, der ebenfalls für das Empfinden von Kühle ausschlaggebend ist. Der TRPV2 wird erst über 50°C im Mundraum stimuliert und der einzige bekannte Bindungspartner ist das Tetrahydrocannabinol (THC).

Dr. Andersen ist es an dieser Stelle wichtig zu betonen, dass diese verschiedenen Ionenkanäle eine Temperaturempfindung vermitteln, also ob etwas heißes oder kaltes im Mundraum ist. Diese Empfindung wird auch durch eine Bindung von Stoffen an die Kanäle ausgelöst – was nicht heißt, dass Capsaicin heiß ist oder Menthol tatsächlich kühlt, diese Empfindung wird nur durch eine Bindung an die entsprechenden Ionenkanäle ausgelöst. Die Empfindung „scharf“ ist kein Grundgeschmack (WSR015 Wie funktioniert unser Geschackssinn?), deshalb könnte man „scharf“ als chemesthetischen Geschmack bezeichnen.

Die TRP-Kanäle wurden in vielen anderen Zellen gefunden, unter anderem auf weißen Blutkörperchen. Da diese Zellen nicht mit dem Nervensystem verbunden sind, können sie dort auch keine Informationen im Bezug auf Temperatur an das Gehirn weiter geben. Ein paar Stichworte zu diesem Abschnitt:

Dr. Andersen arbeitet mit frischem Blut von Spender*innen, die eingewilligt haben, dass ihr Blut für wissenschaftliche Zwecke verwendet werden darf. Sie bezieht dieses Blut über eine Blutbank und hat keine Kenntnis über die Identität der Spender*innen. Allerdings ist sichergestellt, dass die Blutproben immer von den gleichen Spender*innen stammen.

Die Untersuchungen werden unter anderem mit einem MACS (Magnetic Activated Cell Sorting) durchgeführt. Dabei werden Zellen zunächst nach Art sortiert (beispielsweise T-Zellen), um dann eine Antwort auf einen Scharfstoff oder andere Stoffe zu messen. Wichtig dabei: Die Immunzellen müssen zunächst aktiviert werden, also durch einen Stimulus in Alarmbereitschaft versetzt werden, dass eine Infektion statt gefunden hat. Es wäre ganz fruchtbar, wenn Inhaltsstoffe von Lebensmitteln (z. B. Scharfstoffe oder Menthol) alleine eine Antwort des Immunsystems auslösen würden. Stichworte dazu:

Als Reaktion auf einen Entzündungsreiz reagieren Immunzellen mit der Ausschüttung von Zytokinen, die mit Hilfe eines ELISA (Enzyme Linked Immunosorbent Assay) gemessen werden. Die eigentliche Aktivierung der Ionenkanäle wird über einen „Calcium-Imager“ gemessen, was auch bei nicht-Immunzellen funktioniert. Wenn sich ein Ionenkanal öffnet, können auch Calcium-Ionen einströmen. Die Zellen werden mit einem Calcium-sensitiven Farbstoff geladen, der seine Fluoreszenz verändert sobald Calcium an ihn bindet. Ändert sich also die Fluoreszenz, kann man darauf schließen, dass ein zugegebener Stoff einen Ionenkanal geöffnet hat.

Hier die Struktur eines Ionenkanals TRPA1 (PDB-ID:3J9P), der auch unter dem Namen Wasabi Rezeptor bekannt ist.

Nicht nur in den Zellen der Immunantwort sind die Ionenkanäle der chemesthetischen Wahrnehmung zu finden. Dr. Andersen fällt zum TRPV1 Ionenkanal kein Gewebe ein, in dem dieser nicht vorkommt. Für diesen Ionenkanal scheint es so zu sein, dass er einfach überall im Körper vorkommt. Aber auch die anderen Ionenkanäle kommen an den unterschiedlichsten Stellen im Körper vor. Diese Ionenkanäle sind keine Seltenheit.

Sie sind auch einfacher als G-Protein koppelnde Rezeptoren aus den Folgen über Geruch und Geschmack (WSR013 Wie funktioniert unser Geruchssinn?, WSR015 Wie funktioniert unser Geschackssinn?) in eine Zelle einzubringen, da sie oft aus gleichen Untereinheiten bestehen. Schwierigkeiten bereiten diese Ionenkanäle vor allem in der Strukturaufklärung mit Hilfe der Kristallographie, zu der es auch eine Wirkstoffradio-Folge gibt: WSR011 Proteinstrukturen ausklären mit der Röntgenkristallographie.

Wie bereits im Gespräch erwähnt, forscht Dr. Andersen zur Zeit an Butzellen und besonders an T-Zellen, mit der grundsätzlichen Frage: „Was ist die ursprüngliche Funktion der TRP-Ionenkanäle auf Immunzellen?“. Zusätzlich werden gerade Experimente durchgeführt um mit anderen Stoffen als die eigentlichen Scharfstoffe die man über die Nahrung zu sich nimmt. Denn der Körper verstoffwechselt Scharfstoffe und es soll untersucht werden, ob diese durch den Körper verarbeiteten Stoffe auch Auswirkungen auf die TRP-Ionenkanäle haben.

Es gibt bereits eine Veröffentlichung dazu. Die Studie befindet sich leider hinter einer Paywall, ist also nur für diejenigen zugänglich, die ein Abo der entsprechenden Fachzeitschrift haben. Daher werden wir nicht direkt auf den Artikel verlinken, sondern stellen euch den „Digital Object Identifier (DOI)“ zur Verfügung: 10.1021/acs.jafc.6b00030

Dr. Gaby Andersen hat Lebensmittelchemie studiert. Bereits im Studium hat sie gemerkt, dass die reine Lebensmittelanalytik nicht ganz genau ihr Gebiet ist, dem sie sich ihr ganzes Leben widmen möchte. Für ihre Doktorarbeit wechselte sie in die Botanik und hat in diesem Bereich promoviert. Ein Jahr nach ihrem Abschluss kam sie dann bereits ans LSB, an dem die Kombination aus Lebensmittelchemie und Biologie bereits im Namen steckt.

„Eigentlich ist mir jeder Stoff lieb, der chemesthetisch aktiv ist und einen TRP-Kanal auf macht!“ – Dr. Gaby Andersen

Wenn sich Dr. Andersen entscheiden müsste, würde sie die Gruppe der Scharfstoffe nennen, könnte aus dieser Gruppe aber kein einzelnes als Lieblingsmolekül herauspicken.

Wir bedanken uns ganz herzlich bei Dr. Gaby Andersen für ihre Zeit, die Tour durch die Labore, das ganze Material, das sie uns zur Verfügung gestellt hat, und all die Fakten und experimentelle Abläufe, die sie uns erklärt hat.

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Zur Abwechslung sitzen Bernd und André mal nicht bei Bernd im Wohnzimmer,  sondern in einem Gebäude der Charité Berlin, und zwar im CharitéCrossOver Gebäude (CCO). Denn die beiden haben gerade dort ein Gespräch geführt für eine spätere Folge, bei der es darum gehen wird, wie Moleküle miteinander reden.

Heute geht es natürlich um die letzte Folge, WSR015 Wie funktioniert unser Geschackssinn?, um das was André so alles noch neben dem Wirkstoffradio treibt, ein bisschen um die Shownotes und um Feedback von euch.

In der letzten Folge WSR015 Wie funktioniert unser Geschackssinn? mit Dr. habil. Maik Behrens vom Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der TU München (LSB) haben Bernd und André einiges über den Geschmackssinn erfahren. Und Bernd stellt fest, dass jeder anscheinend etwas anderes aus der Folge mitgenommen hat. Zum Beispiel war Bernds Frau Annette sehr überrascht davon, dass es keine unterschiedlichen Bittergeschmäcke gibt, obwohl wir so viele Rezeptoren haben. Zumal sie aus ihrer Apothekerausbildung auch bei einigen Wurzeln Geschmacksproben zur Identifikation gemacht hat, und dabei in Kategorien wie „aromatisch bitter“ und „ekelig bitter“ dachte. Aber Geschmack ist ja immer auch eine Kombination aus Geruch und Geschmack, wie wir auch in Folge WSR013 Wie funktioniert unser Geruchssinn? von Dr. Krautwurst erfahren hatten.

Für Bernd ist vor allem die Sache mit dem Sauergeschmack hängen geblieben, da dabei immer noch nicht klar ist, wie wir das wahrnehmen, also welcher Kanal dafür verantwortlich ist. Auch dass Salzsäure gar nicht so sauer schmeckt, zum Beispiel im Vergleich zur Essigsäure, obwohl Salzsäure eine viel stärkere Säure ist, hat Bernd nicht los gelassen. Deswegen erklärt er André auch nochmal detailliert, wie sich Säuren verhalten und was es mit der Dissoziation auf sich hat. Ein paar Links zu Stichworten, die dabei vorgekommen sind:

Bernd erzählt André auch etwas über Puffersystem und über den Säure-Basen-Haushalt im menschlichen Körper. Dabei handelt es sich quasi um ein „Reaktionssystem“ unseres Organismus, der auf Veränderungen des pH-Werts reagieren kann. Die beiden gehen dabei auf einige Details ein. Dazu auch ein paar Links zu Stichworten:

Für André war besonders die Evolution des Geschmacks faszinierend, von der Maik in der letzten Folge erzählt hatte, und auch die unterschiedliche Rezeptorzahl bei verschiedenen Arten sowie die Einordnung von Maik, dass man dies nicht überbewerten dürfe.

Beim Wirkstoffradio wird die Arbeit aufgeteilt. Bernd ist für die technische Seite, das Aufnehmen und das Schneiden zuständig. André kümmert sich vor allem auch darum, die Shownotes zu schreiben. Bei der letzten, sehr langen Folge über den Geschmackssinn ist André nicht mit dem Shownotes-schreiben fertig geworden.

André würde sich sehr darüber freuen, wenn ihr, liebe Hörer*innen, dem Wirkstoffradio Feedback zu den Shownotes geben könntet. Ob die oft sehr umfangreichen Shownotes überhaupt von euch genutzt werden, ob euch diese Form gefällt – eine Äußerung darüber ist willkommen und ausdrücklich gewünscht.

André macht noch andere Dinge neben dem Wirkstoffradio. Er erzählt davon, was in den letzten Wochen so los war bei ihm und was er alles so gemacht hat.

Am Donnerstag den 13.06.2019 ist das Sommerfest vom Forschungsverbund Berlin in der Kulturbrauerei. Dort wird es einen LabSlam geben, ein Format, das André entwickelt hat und wofür er gerade Wissenschaftler*innen gecoacht hat. Leider ist das Sommerfest nicht öffentlich, sondern nur für Freund*innen, Förderer*innen und Mitarbeiter*innen des Forschungsverbundes. In der Sendung wird das noch anders angekündigt – sorry!

André war auf der BIONNALE von Berlin Partner und hat dort den Speed Lecture Award moderiert, wofür er auch die Teilnehmer im Vorfeld gecoacht hat. Über diese Veranstaltung gibt es einen Twitter-Moment von André:

Twitter-Moment BIONNALE Speed Lecture Award

Auf der republica hat André am dritten Tag den Stage Host für Bühne drei gemacht, also die verschiedenen Sessions anmoderiert und die Frage-und-Antwort-Parts moderiert. Dazu gibt es auch einen Twitter-Moment von André: hier.

Der von André angesprochene Vortrag über Journalisten aus Ghana, die zu Aktivisten wurden:

André war auf dem 15. FONA Forum (Forschung für nachhaltige Entwicklung) um dort einen Vortrag über Plötzlich Wissen! zu halten. Plötzlich Wissen! ist ein Projekt mit Dr. Julia Schnetzer und Inga Marie Ramcke, bei dem die drei in Kneipen und Biergärten gehen, mit einer Handpuppe, einem Schild und jeder Menge Experimente und dort dann Guerilla Wissenschaftskommunikation betreiben – immer über Meere und Ozeane.

Schließlich war zuletzt noch das neue Wissenschaftsfestival Children of Doom in Berlin, bei dem André moderiert und auch zusammen mit Inga Plötzlich Wissen! gemacht hat. Unter anderem haben sie da auch ein Experiment zur Versauerung der Meere gemacht, und dazu gibt es eine Anleitung zum zu Hause nach machen: Wasser sauer blubbern.

Wir haben noch ein Feedback zu Folge WSR006 Molekülstrukturen, Paracetamol und HIV-Selbsttests bekommen. In dieser Folge war Bernds Frau Annette zu Gast, die etwas über Paracetamol aus Sicht einer Apothekerin erzählt hat. Bernd und André haben dabei immer wieder darauf hingewiesen, dass das Wirkstoffradio keine Therapieberatung macht und dass man seine/n Ärztin/Arzt oder Apotherke*in fragen solle.

Der ein oder andere hat sich an diesem Hinweis etwas gestört gefühlt. Der Punkt im Feedback war, dass es ja auch Apother*innen gibt, die einem Mittel ohne Wirkstoff anbieten, also Zeug aus der sogenannten Homöopathie.

Bernd und André ist es wichtig darauf hinzuweisen, dass sowohl zur Ärztin/Arzt als auch zur Apotheker*in ein Vertrauensverhältnis besteht. Wenn jemand in der Apotheke einem etwas anbietet, das man nicht haben möchte, und die Praxis des Anbieten von Wirkungslosem weiter geführt wird, dann sollte man die Apotheke wechseln. Menschen, die in der Apotheke arbeiten sind ersteinmal naturwissenschaftlich fundiert ausgebildete Menschen, und Mediziner*innen sind ebenfalls medizinisch fundiert ausgebildete Menschen. Als Patient*in sollte man sich allerdings eine Ärztin/einen Arzt und Apotheker*innen suchen, zu denen man Vertrauen hat und auch wechseln, wenn dieses Vertrauen nicht mehr gegeben ist. Die rechtliche Lage ist zur Zeit leider so, dass sogenannte homöopathische Mittel apothekenpflichtig sind – dies allein ist aber kein Grund, Apotheker*innen nicht mehr zu vertrauen.

Bernd und André sind Wissenschaftler und wollen keine Empfehlungen abgeben, was die Behandlung und die Therapie eines Menschen betrifft. Sie machen das Wirkstoffradio um allgemein über Gesundheitsthemen zu informieren und einen Einblick in Wirkstoffe und Wirkstoffforschung zu geben.

Wir freuen uns immer über Feedback: per Mail unter [email protected], in den Kommentaren unter den einzelnen Episoden, über Twitter @wirkstoffradio oder auch als Bewertung bei iTunes oder panoptikum.social.

Bernd und André waren zu Gast am Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der TU München (LSB) und haben dort mit mehreren Wissenschaftler*innen gesprochen. Dies ist das zweite Interview aus dem LSB (erstes Interview: WSR013 Wie funktioniert unser Geruchssinn?)

Dieses Mal sprechen Bernd und André mit Dr. habil. Maik Behrens, der in der Sektion II: Chemorezeptoren & Biosignale die Arbeitsgruppe Taste Systems Reception & Biosignals am LSB leitet. Er forscht schon lange am Geschmackssinn und ist auch Herr der „künstlichen Zunge“.

Bernd kennt Maik schon seit einiger Zeit, vor allem von den regelmäßigen Treffen des Leibniz-Forschungsverbundes „Wirkstoffe und Biotechnologie“, wo er einen Vortrag von Maik über den perfekten Bittergeschmack gehört hat.

Beim Essen verwenden wir alle Sinne: Das Auge isst mit, Geruch, Geschmack, Gehör, das Mundgefühl, Irritationen wie Schärfe – und das alles führt dann oft zu einer Aussage wie „das schmeckt gut.“. Maik beschäftigt sich nur mit Geschmack, der aus den fünf Grundgeschmacksrichtungen zusammengesetzt ist, und zwar süß, sauer, bitter, umami und salzig. Es gibt noch weitere Kandidaten für Grundgeschmacksrichtungen, beispielsweise fettig, aber bisher gibt es keine Belege dafür, dass es dafür einen Rezeptor gibt.

Wir können nicht wirklich trennen, wie wir etwas wahrnehmen, wenn es um eine Geschmacksempfindung geht (gemeint war hier, ob auf der Zunge oder in der Nase, die erwähnte Publikation liefern wir nach). Vanillearoma wurde über eine Vorrichtung in den Mundraum gebracht. Kombiniert mit einem salzigen oder sauren Geschmack auf der Zunge gaben Probanden an, dass die Vanille über die Nase wahrgenommen wurde. In Verbindung mit einem süßen Geschmack auf der Zunge wurde der „Vanillegeschmack“ im Mund verortet. Unser Gehirn spielt eine deutliche Rolle bei der Geschmacksempfindung, wenn Geruch, Geschmack und andere Eindrücke kombiniert werden.

Maik berichtet, dass „Zungenkarten“ auf einer Fehlinterpretation einer Veröffentlichung von vor über 100 Jahren beruhen. In der Veröffentlichung von damals wurde herausgestellt, dass es auf der Zunge Zonen gibt mit bestimmten Präferenzen, also hier mehr süß, hier mehr bitter etc. Es wurde allerdings dort auch deutlich gesagt, dass überall auf der Zunge jede Grundgeschmacksrichtung wahrgenommen werden kann. Daraus entsprangen dann „Zungenkarten“ die bestimmte Zonen der Zunge bestimmten Grundgeschmacksrichtungen zuordneten, was falsch ist.

Das, womit wir schmecken sind die Geschmackspapillen. Davon haben wir auf unserer Zunge drei verschiedene Typen: Die Pilzpapillen (vorne auf der Zunge), Blätterpapillen (Seite der Zunge) und Wallpapillen (Zungengrund). Außerdem gibt es noch den Geschmacksstreifen auf dem weichen Gaumen und Geschmacksknospen auf dem Kehldeckel. Maik erklärt, dass es für diese Anordnung nachvollziehbare Begründungen gibt.

Maik erklärt, dass die unterschiedlichen Geschmackspapillen aus vielen Zellen aufgebaut sind. Je nach Papillenart (Pilz-, Blätter- oder Wall-), sehen die Strukturen unterschiedlich aus. Bei den Pilzpaillen sind an der Spitze drei Geschmacksknospen angeordnet. Die Wallpapillen bilden eine Art Graben, an dessen Wänden Geschmacksknospen sitzen und der von einem besonderen Spiecheltyp durchspült wird, der in den von-Ebner-Drüsen gebildet wird (siehe Viktor von Ebner-Rofenstein). Die Blätterpapillen sind etwas komplexer in ihrer Struktur, dort sind auch Enzyme aktiv, die den Geschmack noch beeinflussen können.

Hier wird auch die Frage aufgeworfen, woher der salzige Geschmack kommt, da Maik ihn bei den verschiedenen Aufgaben der einzelnen Zellen der Geschmacksknospe nicht aufzählt. In der Tat ist es noch nicht klar, welche Zellen genau für den salzigen Geschmack verantwortlich sind – dies ist Gegenstand aktueller Forschung. Die Vermutungen und die Begründungen für diese Theorien werden kurz besprochen.

Geschmacksrezeptor-Zellen sind keine Neuronen, sie werden als sekundäre Sinneszellen bezeichnet. Die Geschmacksknospe ist über afferente Nervenfasern mit dem Stammhirn verbunden. Von dort werden die Reize schließlich weitergeleitet in den gustatorischen Cortex. Man weiß auch, welcher Neurotransmitter für die Grundgeschmacksrichtungen süß, bitter und umami verantwortlich ist, nämlich ATP.

Maik berichtet über die einzelnen Grundgeschmacksrichtungen und welche Strukturen für die Wahrnehmung verantwortlich sind. “Salzig” und “sauer” sind Eindrücke, die über die Wirkung von Ionen wahrgenommen werden. Es gibt einen Ionenkanal, der ganz spezifisch für die Wahrnehmung von Kochsalz (NaCl) verantwortlich ist: der epiteliale Natrium-Kanal. Bei “sauer” weiß man noch nicht genau, welcher Ionenkanal für die Wahrnehmung verantwortlich ist. Aber Maik berichtet, dass gerade vor einigen Wochen ein neuer und vielversprechender Kandidat postuliert wurde. Der Otopetrin-1 Protonen-Kanal. Wichtig ist gerade beim Sauergeschmack, dass Säuren nicht unbedingt einen Kanal brauchen, sondern auch “einfach so” die Zellmembran überwinden  und das Innere einer Zelle ansäuern können. Beide Effekte sind wichtig für die Wahrnehmung von „sauer“. Bernd, André und Maik sprechen im Detail auch darüber, wie solche Kanäle im Körper genau funktionieren.

Für die Grundgeschmacks-richtungen süß, bitter und umami sind G-Protein-gekoppelte Rezeptoren verantwortlich. In Folge WSR013 über den Geruchssinn erzählte Dr. Krautwurst, dass es für den Geruchssinn mehr als 400 Rezeptoren gibt. Für den Geschmack sind das deutlich weniger. Für süß und umami gibt es jeweils einen Rezeptor, der aus zwei Untereinheiten besteht. TAS1-R1 und TAS1-R3 bildet den Rezeptor, der umami wahrnehmen kann und TAS-R2 und TAS-R3 bilden den Rezeptor, der süß wahrnehmen kann. Das heißt also, dass eine Untereinheit dieser Rezeptoren identisch ist. Während der Süßrezeptor eine ganze Reihe von Stoffen erkennt, beispielsweise Rohzucker oder Saccharose, erkennt der umami-Rezeptor nur Glutamat und in einem geringeren Maße Aspartat; beides sind Aminosäuren, die ganz natürlich in jedem Organismus vorkommen. Dies gilt allerdings nur für den Menschen, bei Nagetieren ist das Spektrum der Stoffe, die durch den Rezeptor erkannt werden können deutlich größer. Links zu einigen Stichworten:

Maik wird häufig nach der Überempfindlichkeit gegen Glutamat (oder dem Chinarestaurant-Syndrom) gefragt, und er antwortet immer, dass Tomaten und Parmesan  von Natur aussehr hohe Mengen Glutamat enthalten. Zudem gibt es deutliche Hinweise darauf, dass Glutamat gar nicht die Blut-Hirn-Schranke überwinden  und somit auch keine Kopfschmerzen auslösen kann. Maik sagt auch, dass Glutamat kein „Geschmacksverstärker“ ist, sondern ein Geschmacksstoff wie Salz oder Zucker, an dem überhaupt nichts „böses“ ist. André erwähnt eine Podcast-Episode des Zeitsprung-Podcasts, der sich mit der Thematik und den geschichtlichen Hintergründen beschäftigt:

Beim Menschen gibt es etwa 25 potentiell funktionelle Bitterrezeptoren. „potentiell funktionell“ deswegen, weil bisher nur 21 Bitterrezeptoren ein Bitterstimulus zugeordnet werden konnte. Dem gegenüber stehen hunderte, wenn nicht tausende sehr unterschiedliche in der Natur vorkommende Bittergeschmacksstoffe, die von diesen wenigen Rezeptoren erkannt werden müssen.

Es gibt beim Menschen vier Guppen von Bitterrezeptoren: drei Generalisten, die ein sehr breites Spektrum von Bitterstoffen erkennen können (ca. 50% aller Bitterstoffe werden erkannt), die fünf Spezialisten, die jeweils nur drei oder vier Bitterstoffe erkennen können, die übrigen Bitterrezeptoren fallen in Klassen, die sich zwischen diesen beiden Extremen befinden. Maik erklärt viele Details und Varianten dieser Rezeptoren und Bernd merkt an, dass einige der erwähnten Bitterstoffe als Toxine in unserer Folge WSR005 vorkamen, in der uns Prof. Hengstler eine Einführung in die Toxikologie gegeben hat. Es wird auch der Bitterstoff Phenylthiocarbamid (PTC) und dessen Entdeckungsgeschichte erwähnt.

In anderen Lebewesen ist das anders: Ein Huhn hat ledig 3 Bitterrezeptoren und ein Frosch 54. Allerdings heißt das nicht, dass das Huhn weniger Bitterstoffe wahrnehmen kann. Alle drei Bitterrezeptoren decken quasi das komplette Spektrum ab, das wir auch schmecken können. Die Maus hat 35 Bitterrezeptoren. Bei Lebewesen mit mehr Rezeptoren ist die Anzahl der Spezialisten immer höher.

André fragt Maik, ob er etwas genauer sagen kann, was ein Bitterstoff ist – und Maik sagt, dass er das nicht könne. Bitterstoffe können sehr komplex sein, aber auch sehr einfach, von sehr großen, organischen Verbindungen zum recht einfachen Bittersalz. Man kann Bitterstoffen keine Eigenschaften zuordnen, durch die man sie auf molekularer Ebene erkennen kann. Auch ist nicht jeder Bitterstoff giftig. Andersrum gillt das übrigens auch: Der Geschmack des sehr giftigen Knollenblätterpilzes ist nicht bitter, sondern angenehm nussig. Maik hat noch weitere Beispiele und André fragt auch zur Bitterkeit des Gin Tonic.

In der weiteren Folge sprechen Bernd, André und Maik über viele Aspekte der Geschmackswahrnehmung. Diese Abschnitte lassen sich leicht über die Kapitelmarken direkt anhören:

Maik arbeitet bereits seit vielen Jahren an der Geschmackswahrnehmung, und Bernd, André und Maik sind während des weiteren Gesprächs auf die einzelnen Details der Forschungsarbeit von Maik eingegangen: Wie er an das Gerät gekommen ist, das künstliche Zunge genannt wird, und wie es zu diesem Namen kam. Außerdem wird über die Verteilung der Geschmacksrezeptoren in anderen Arten gesprochen, auch einige Aspekte die Evolution betreffend und auch Maiks Werdegang.

Wichtige Paper und Links werden wir noch nachliefern – und auch gerne Details die Ihr, liebe Hörer, gerne von Maik, Bernd und André wissen wollt.

Und jetzt ausnahmsweise einmal ein paar persönliche Worte: Hallo,  André hier, ich bin es, der eigentlich immer die Shownotes fabriziert, nachdem Bernd die großartige Vorarbeit mit Aufnahme und Schnitt geleistet hat. Die letzten Wochen war sehr viel zu tun, und ich bekomme diese Shownotes einfach nicht fertig bevor die Folge raus geht. Wenn Ihr dringend Details wissen wollt, schreibt uns gerne eine Mail, und ich liefere das dann nach. In der kommenden Folge werde ich einiges zu meinen letzten Aktivitäten erzählen.

Ich wäre auch an einem Feedback interessiert, ob Euch unsere immer sehr ausführlichen Shownotes gefallen und ob wir das so weiter oder sogar ausbauen sollten. Wenn mir keiner schreibt muss ich davon ausgehen, dass hier gar nicht gelesen wird

Liebe Grüße, André (und Bernd, i.A.)

Wir bedanken uns ganz herzlich bei Dr. habil. Maik Behrens für seine Zeit, die Tour durch die Labore, das ganze Material, das er uns zur Verfügung gestellt hat, und all die Fakten und Anekdoten, die er uns erzählt hat.

Wir freuen uns immer über Feedback: per Mail unter [email protected], in den Kommentaren unter den einzelnen Episoden, über Twitter @wirkstoffradio oder auch als Bewertung bei iTunes oder panoptikum.social.

Bernd und André sitzen wieder zusammen bei Bernd im Wohnzimmer, um über Dinge zu sprechen, die ihnen in den letzten Folgen aufgefallen sind und ausführlicher besprochen werden müssen und um über alles zu quatschen, was ihnen sonst so in den Sinn kommt.

Es gab eine lange, und in Teilen überraschende letzte Folge über das Riechen: WSR013 Wie funktioniert unser Geruchssinn? mit Dr. Krautwurst vom Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der TU München (LSB), Bernd und André waren auf den Wirkstofftagen in Dresden, Bernd war auf der International Open Science Conference, es gibt Neuigkeiten zu Feinstaub, ein interessanter Artikel über Gerüche und so einiges mehr über das die beiden sprechen.

Bernd und André waren auf den Wirkstofftagen, einer Veranstaltung des Leibniz-Forschungsverbunds Wirkstoffe und Biotechnologie, die jedes Jahr von einem anderen Institut dieses Verbundes ausgerichtet wird. Letztes Jahr wurden die Wirkstofftage in Halle (Saale), am Leibniz Institut für Pflanzenbiochemie (IPB) ausgerichtet, der Wirkungsstätte von Ludger Wessjohann, der uns in WSR003 etwas über Naturstoffe erzählt hat. Dieses Jahr fand das ganze in Dresden statt und wurde vom dortigen Leibniz-Institut für Polymerforschung (ipf) organisiert.

Bernd und André haben Interviewgäste aus vergangenen Folgen wieder getroffen (beispielsweise Eric Freier, WSR009 Enzymen bei der Arbeit zusehen mit CARS-Mikroskopie), aber auch einige, die noch zu Gast sein werden. Den Tweet mit den „Cocktailgläsern und chemische Verbindungen“ den André anspricht findet ihr hier. Bernd und André haben auch einen Vortrag über das Wirkstoffradio gehalten, der ziemlich gut angekommen ist – freut Euch auf viele neue spannende Themen in den nächsten Wochen und Monaten. Das Wirkstoffradio wird auf jeden Fall 2020, auf den nächsten Wirkstofftagen, wieder mit dabei sein.

In der Folge WSR012 Scientists4Future, Ordnungsebenen von Proteinen und Synchrotronstrahlung hat André einen Fehler beim Erklären der Synchrotronstrahlung gemacht. Er sprach mehrfach von „Raum-Dilatation“. Dies Begriff ist falsch und er existiert auch nicht in der Relativitätstheorie. Richtig müsste es Raumkontraktion oder Längenkontraktion heißen – André hat den Raum mit der Zeitdilatation vermischt.

André hat aber auch neue Informationen zum Thema Feinstaub, das schon in der Folge WSR010 Grenzwerte, Leitwerte und Studien am Beispiel Stickoxide und Feinstaub behandelt wurde. Die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina hat eine Stellungnahme zu Grenzwerten und Luftreinhaltung veröffentlicht, beziehungsweise einen Vorabdruck und die Grundlagen einer Stellungnahme, die noch kommen wird.

André findet besonders eine Grafik am Ende der angesprochenen Stellungnahme interessant. Auf Seite 45, findet sich „Kasten 6.4: Weitere Feinstaubquellen und Minderungsmaßnahmen“,  in dem es besonders um Feinstaub der Partikelgröße PM2,5 geht, also jenem Stau,b dessen einzelne Partikel einen Durchmesser kleiner 2,5µm besitzen. Diese Sorte Feinstaub ist für die Aerosolbildung und damit auch für die Wolkenbildung mitverantwortlich. Besonders interessant ist die Tatsache, dass die Emission dieses Feinstaubs durch den Verkehr über die letzten Jahre immer weiter zurück gegangen ist, aber ein Faktor über Jahre schon konstant ist: Die Emission dieser Feinstaubsorte durch Kamine und Öfen. Eine kleine Liste mit Links:

Kleine und mittlere Feuerungsanlagen, Umweltbundesamt

Die Statistik darüber, wie viele Kaminöfen etc. es in Deutschland gibt, wird André noch nachreichen.

Bernd ist über einige wissenschaftlichen Artikel gestoßen, die mit Geruch zu tun hatten, während er die letzte Folge über den Geruchssinn (WSR013) geschnitten hat. Er hatte den seltsamen Eindruck, dass ihm andauernd Dinge zum Thema Geruch begegneten, auch im Podcast Methodisch inkorrekt! kam in der Folge minkorrekt4future ein Geruchsthema vor. Eine Veröffentlichung hat ihn besonders fasziniert und zwar über eine Krankenschwester aus England, die anscheinend die Pakinson-Krankheit „erschnüffeln“ kann. Die Links dazu:

Bernd erzählt André, wie die Studie durchgeführt wurde, in der die Krankenschwester verblindet den Körpergeruch von Erkrankten und Gesunden Personen bestimmen musste, und wie gleichzeitig die enthaltenden Geruchsstoffe analysiert wurden. Dabei ist zum Einen herausgekommen, dass die „Super Smellerin“ nicht die Stoffwechselprodukte der Medikamente gegen die Pakinson-Krankheit riecht, sondern tatsächlich etwas, das typisch für Parkinson-Erkrankte zu sein scheint. Zum Anderen: Aus mehr als tausend Geruchsstoffen konnten vier bestimmt werden, die anscheinend Parkinson „riechbar“ werden lassen. Das sind:

Und an dieser Stelle erzählt Bernd ein paar Einzelheiten zu Urin und Harnsäure. Es gibt dazu nämlich ein recht berühmtes Zitat:

”…ich kann, so zu sagen, mein chemisches Wasser nicht halten und muß Ihnen sagen, dass ich Harnstoff machen kann…“ Friedrich Wöhler, 22.02.1828. Quelle: Museum der Göttinger Chemie Museumsbrief Nr. 19 2000, Seite 2

Das war damals, sagt Bernd, die Gründung der organischen Chemie, weil Friedrich Wöhler als erster einen organischen Stoff ohne einen lebenden Organismus herstellen konnte. Noch mehr zum Harnstoff und der ersten Herstellung durch Wöhler gibt es hier.

Nach diesem kleinen Exkurs zur organischen Chemie berichtet Bernd weiter, was die Ergebnisse des wissenschaftlichen Artikels waren. Für den typischen „Geruch von Parkinson“ sind die Stoffe Eicosan, Octadecanal und Hippursäure erhöht und Perillaaldehyd niedriger als bei einem gesunden Menschen. Alle erhöhten Stoffe sind Stoffwechselprodukte der Bakterien, die auf unserer Haut zu unserem Schutz leben. Und das macht zusammengenommen mit dem Krankheitsbild von Parkinson Sinn, denn viele Parkinson-Erkrankte haben auch Hautprobleme. Auf irgendeine Weise ist das Haut-Mikrobiom mit einer Parkinson-Erkrankung verbunden. An einer Umsetzung in eine Diagnostik-Methode wird gearbeitet, aber so weit ist man noch nicht.

In vergangenen Folgen, beispielsweise bei der Folge über Grenzwerte mit Prof. Hengstler (WSR010), wurden die entsprechenden wissenschaftlichen Artikel nicht direkt verlinkt, sondern nur der „Digital Object Identifier (DOI)“ zur Verfügung gestellt. Das tun wir immer dann, wenn es sich bei dem Artikel um einen „closed access“-Artikel handelt. Also wenn diese Arbeit hinter einer Bezahlschranke (paywall) verborgen liegt.

Das grundlegende Problem wird im Wikipedia-Artikel über open access beziehungsweise im Artikel Zeitschriftenkrise angesprochen und auch etwas erklärt, wenn man ein paar Links dort folgt.

Der angesprochene Artikel von Prof. Dr. Björn Brembs über Wege des Zugriffs auf wissenschaftliche Artikel: So your institute went cold turkey on publisher X. What now? Generell ist sein Blog bezüglich neuer Systeme des wissenschaftlichen Publizierens sehr lesenswert. Hier eine Liste von Möglichkeiten trotz paywall an wissenschaftliche Artikel zu kommen:

Zusammengefasst: Das Wirkstoffradio wird nie einen closed access Artikel verlinken, sondern immer nur die DOI angeben. Handelt es sich um einen open access Artikel, verlinken wir direkt auf den Artikel.

Bernd war auf der International Open Science Conference, dem dazugehörigen BarCamp und hat auch ein paar kurze Interviews für den Podcast open science radio aufgenommen. Prof. Dr. Konrad Förstner vom open science radio brauchte Unterstützung, da beim BarCamp so viele Sessions parallel laufen, und so hat er Bernd gefragt, ob er helfen könne. Auch mit dabei war Dr. Christina Riesenweber vom Open Access Büro der FU Berlin.

André möchte sich hiermit ganz herzlich bei Christina entschuldigen, dass er sie im Podcast „Riesenhuber“ genannt hat und nicht ihren korrekten Namen Riesenweber parat hatte. Entschuldige bitte Christina!

Schaut einfach mal direkt beim open science radio, die entsprechenden Folgen der open science conference sind mit einem blauen Sechseck, in dem „open science“ steht, gekennzeichnet. Da findet Ihr jede Folge, die Bernd im Podcast anspricht und noch einige mehr.

Hier aber nochmal ausdrückliche Hörempfehlungen für die beiden angesprochenen Podcasts:

Bernd ist eingeladen zum Friday For Future Dialog im Museum für Naturkunde Berlin, die jeden Freitag, nach den Demonstrationen von Fridays4Future, um 13 Uhr statt findet. Bernd wird auf jeden Fall hingehen und in den kommenden Folgen berichten, was er dort erlebt hat und über was diskutiert worden ist.

Wir freuen uns immer über Feedback: per Mail unter [email protected], in den Kommentaren unter den einzelnen Episoden, über Twitter @wirkstoffradio oder auch als Bewertung bei iTunes oder panoptikum.social.

Bernd und André waren zu Gast am Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der TU München (LSB) und haben dort mit mehreren Wissenschaftler*innen gesprochen – es gibt also eine kleine Serie aus dem LSB.

Den Anfang macht PD Dr. Dietmar Krautwurst. Er leitet die Sektion II: Chemorezeptoren & Biosignale und forscht selbst am Geruchssinn und den dabei beteiligten Rezeptoren.

Bernd kennt Dr. Krautwurst schon länger von den regelmäßigen Treffen des Leibniz-Forschungsverbundes „Wirkstoffe und Biotechnologie“ und hat daher nicht lange gezögert dafür zu sorgen, dass diese Wirkstoffradio-Episode aufgenommen wird.

Nach Abschluss seiner Doktorarbeit war Herr Krautwurst auf der Suche nach einen spannenden Thema mit vielen offenen Fragen – und so führte ihn seine Suche schließlich zu den G-Protein-gekoppelten Rezeptoren und zum Geruch. Ein paar Links zu Stichworten, die im Gespräch vorkommen:

Die Wissenschaftler*innen Linda B. Buck und Richard Axel wurden 2004 mit dem Nobelpreis für Physiologie oder Medizin ausgezeichnet, für die Erforschung der Riechrezeptoren und der Organisation des olfaktorischen Systems. Alle Riechrezeptoren gehören zu den G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs). Dr. Krautwurst erklärt, dass sich im menschlichen Genom Gene für 800 verschiedene GPCRs finden und davon 400 für den Geruchssinn verantwortlich sind.

GPCRs sind Rezeptoren, die in der Doppellipid-Membran von Zellen und oder Endosomen sitzen und Signale über Guanosintriphosphat-bindende Proteine (G-Proteine) ins Innere der Zelle oder des Endosoms weiterleiten. Guanosintriphospaht wird auch als GTP angekürzt.

Dr. Krautwurst führt aus, dass es sich bei den GPCRs immer um sequentiell gekoppelte Rezeptorsysteme handelt, und geht dabei auch weiter ins Detail. Eine gute Zusammenfassung zur Funktion der GPCRs findet sich auf Wikipedia: GPCR Funktion.

Wenn ein G-Protein gekoppelter Rezeptor ein Signal in die Zelle überträgt, ist dies eine Übersetzung einer chemischen Information in eine biochemische Information. Letztendlich muss aber ein elektrisches Signal in unserem Gehirn ankommen. Wie diese Umwandlung von statten geht, und was dabei in einer Nervenzelle passiert, erklärt Dr. Krautwurst ausführlich. Ein paar Links zu Stichworten, die in der Erklärung vorkommen:

Außerdem vergleicht Herr Krautwurst den Geruchssinn mit anderen Sinnen, um seine Sonderrolle zu verdeutlichen, denn die Nervenzellen des Geruchssinns in der Nase reichen direkt bis ins Gehirn.

Ausgehend von den Stoffen die mit den Geruchsnervenzellen wahrgenommen werden, sprechen Bernd und André mit Herrn Krautwurst darüber, was wir überhaupt an Stoffen durch das Riechen wahnehmen, und wie das funktioniert. Einige Stichworte, die im Gespräch vorkommen:

Auch interessant in diesem Zusammenhang, der Wikipedia-Artikel Fruchtaroma, da hier die charakteristischen Aromen einzelner Früchte auseinander genommen werden und die jeweiligen Schlüsselaromastoffe benannt sind.

Außerdem hat die Arbeitsgruppe von Dr. Krautwurst gerade einen wissenschaftlichen Artikel zu einem Geruchsstoff veröffentlicht, der sehr spezifisch für den Geruch einer erhitzten Zwiebel ist. Den Link zu dieser Veröffentlichung werden wir nachreichen.

Hier die Veröffentlichung dazu (open access): OR2M3: Franziska Noe et al., A Highly Specific and Narrowly Tuned Human Odorant Receptor for the Sensitive Detection of Onion Key Food Odorant 3-Mercapto-2-methylpentan-1-ol, Chemical Senses, Volume 42, Issue 3, 1 March 2017, Pages 195–210.

Bernd fragt ,ob es eine Erklärung dafür gibt, dass manche Rezeptoren eine Vielzahl an Stoffen detektieren können und andere nur durch einen ganz bestimmten Stoff eine Reaktion zeigen. Dies liegt vor allem daran, dass der Mensch immer einer Mischung von Gerüchen ausgesetzt ist, und eine Mustererkennung statt finden muss, erklärt Dr. Krautwurst. In seiner Forschungsarbeit untersuchte er auch die Entwicklung verschiedener Rezeptoren in anderen Spezies, aber auch bei Neandertalern und anderen engen Verwandten des modernen Menschen.

Wir sprechen darüber, wie sich die Nase an Gerüche gewöhnt und welche Mechanismen dabei eine Rolle spielen. Aber auch darüber, wie sich der Geruchssinn entwickelt hat und welche Aufgaben er erfüllt. Dazu ein paar Links zu den Stichworten, die erwähnt werden:

Es existieren knapp 230 Stoffe die Aromadefinierend sind. Dass heißt, diese Stoffe kommen oberhalb der Wahrnehmungsschwelle in Lebensmitteln vor und sie haben in entsprechenden Experimenten gezeigt, dass sie das Aroma eines Lebensmittels täuschend echt nachbilden. Umgekehrt ausgedrückt: Schlüsselaromastoffe sind Substanzen, die das Aroma von Lebensmitteln maßgeblich bestimmen.

Herr Krautwurst grenzt auch ab, wo der Unterschied zwischen Geschmack und Geruch liegt. Beim Geschmack spielen auch G-Protein-gekoppelte Rezeptoren eine Rolle, es sind aber weitaus weniger als beim Geruchssinn. Die Unterschiede und auch die pysiologische Funktion der Warnung, beispielsweise durch einen Bittergeschmack, werden besprochen sowie die Aspekte der Geruchs- und Geschmacksempfindung, die erlernt werden oder kulturell geprägt sind. Außerdem können manche Menschen gegenüber bestimmten Geruchsstoffen „blind“ sein. Das nennt man dann spezifische Anosmie.

Zum Beispiel können ca. 7% aller Menschen keinen Pfefferminzgeruch wahr nehmen, und 40% können Androstenon nicht riechen.

Nur die Nase ist für die Wahrnehmung von Gerüchen zuständig. Dr. Krautwurst erklärt aber, dass die Geruchsrezeptoren auch noch an anderen Orten außerhalb der Nase vom Körper gebildet werden. Dort riecht man allerdings nicht, sie nehmen dort andere physiologische Aufgaben wahr. Ein paar Links zu den Stichworten aus dem Gespräch:

Die Geruchsrezeptoren des Menschen werden in zwei Klassen eingeteilt: Die Klasse 1 beinhaltet nur 54 Geruchsrezeptoren, die sehr eng verwandt sind mit Rezeptoren, die man auch bei Fischen findet und die Klasse 2, in die alle restlichen Geruchsrezeptoren eingeordnet sind (ca. 350). Wobei die Klasse 1 eher wasserlösliche Substanzen detektieren kann und Klasse 2 eher die flüchtigen, nicht-wasserlöslichen Substanzen detektiert.

Das LSB hat eine lange Geschichte und war in der Zeit seines über 100jährigen Bestehens nicht immer ein Leibniz-Institut. Früher war das LSB die deutsche Anstalt für Lebensmittelchemie. Woran jetzt im LSB geforscht wird, ist eng mit dem Namen „Lebensmittel-Systembiologie“ verknüpft.

Die Forschung von Dr. Krautwurst hat zum Inhalt, das komplexe System „riechen“ besser zu verstehen. Dazu hat seine Arbeitsgruppe und er zunächst die einzelnen Rezeptoren isoliert, um die Komplexität des Riechens auf seine einzelnen „Bausteine“ zu reduzieren.

Im Gespräch kommen eine Stichworte vor, hier die Links dazu:

Gerade für den Kontext von Lebensmitteln ist es auch sehr interessant, Kombinationen aus mehreren Geruchsstoffen zu testen, um zu schauen, welche Rezeptoren darauf reagieren. Dr. Krautwurst erzählt von Beispiel-Kombinationen wie „gebratene Leber“ oder „Apfelsaft“. Dabei wurde auch festgestellt, dass manche Geruchsstoffe sich gegenseitig blockieren oder verstärken können.

Die Kombinationsmöglichkeiten sind dabei riesig. Bei den Experimenten stehen zur Zeit im Labor von Dr. Krautwurst 650 Rezeptoren knapp 200 Schlüsselaromastoffen gegenüber. Letztere müssen auch in verschiedenen Mischungen getestet werden und verschiedenen Konzentrationen, so dass diese Aufgabe wirklich nur durch eine Automatisierung wie durch den oben gezeigten Pipetierroboter zu bewältigen ist.

Lebensmittelaromen sind mindestens durch zwei Schlüsselaromastoffe darstellbar (beispielsweise Durian-Frucht). Butteraroma lässt sich bereits mit drei Schlüsselaromastoffen realisieren, Erdbeerduft benötigt 12, Apfelsaft 16, gebratene Leber 20, Rotwein 28 und ein Scotch Whisky mit 40 Schlüsselaromastoffen, jeweils im richtigen Konzentrationsverhältnis. Wesentlich komplexer wird es allerdings nicht – jedenfalls was die täuschend echte Nachempfindung des Geruchs an geht.

Ganz neutral betrachtet ist bereits ein Geruchsstoff ein Wirkstoff, da er mit einer bestimmten Spezifiztät an einen Rezeptor bindet.

Es ist bereits bekannt, dass Geruchsstoffe (und auch Geschmacksstoffe), die über die Nahrung aufgenommen wurden, ins Blut gelangen können und dort auch in Kontakt mit diversen Zellen des menschlichen Körpers gelangen können. Ein Beispiel dafür wäre der Geruchsstoff des Knoblauchs, der über mehrere Stunden nach Aufnahme über die Lunge „abgeatmet“ wird. So können also auch Geruchsstoffe unter Umständen eine Wirkung auf andere Zellen haben, als auf die Neuronen, die für die Geruchswahrnehmung zuständig sind, schließlich befinden sich die Geruchsrezeptoren auf einer Vielzahl von Zellen im Körper.

Außerdem wird die Bewertung von Gerüchen angesprochen, also wie die Einteilung in angenehm und unangenehm vorgenommen wird. Daraus hofft man dann umgekehrt Vorhersagen treffen zu können, wie eine Duftstoffmischung wahrgenommen werden wird und vielleicht sogar die Lebensqualität von bestimmten Personengruppen zu verbessern. Dr. Krautwurst nennt hier Senioren (der Mensch verliert ca. 1% seiner Geruchsempfindung pro Lebensjahr) oder Krebspatienten (Krebsmendikamente können das Geruchsempfinden teilweise ausschalten) als Beispiele.

Im LSB gibt es auch ein sogenanntes Sensoriker-Panel, also eine Gruppe von Menschen aus den Beschäftigten, die trainiert sind Geruch, Geschmack und noch andere Sinneseindrücke bewerten zu können. Diese Personen treffen sich regelmäßig zum Training beim „Aroma-Tee“, bei dem auch Geruchsschwellen aufgenommen werden. Das ganze findet im Sensorik-Labor des LSB statt.

Gut 10 Jahre haben Dr. Krautwurst und seine Arbeitsgruppe daran gearbeitet, die 650 Rezeptoren (siehe oben) zu isolieren und ein passenden Plasmid zu erhalten, damit jeder Rezeptor einzeln in einer Zelle exprimiert werden kann. So haben sie ein Zellsystem etabliert, an dem sehr sehr viele Kombinationen aus Schlüsselaromastoffen und Rezeptoren getestet werden können. Am LSB existiert damit das weltweit sensitivste System im Bereich Geruch und auch die größte Rezeptorsammlung.

Mit Hilfe der Automatisierung soll in den nächsten Jahren auch jedem Rezeptor ein oder mehrere Schlüsselaromastoffe zugeordnet werden – im Gespräch war in diesem Bezug vom „großen Puzzle“ die Rede.

Auch die Tatsache, dass Geruchsrezeptoren auch auf anderen Zellen des menschlichen Körpers gefunden wurden, soll weiter untersucht werden. Vermutet wird, dass hier eine Art „gelber Alarm“ ausgelöst werden kann, wenn bestimmte Stoffe gegessen werden. Aber diese Forschung befindet sich noch recht am Anfang.

Dr. Krautwurst erwähnt noch einige weitere Projekte, die sich mit vielen direkten Anwendungen beschäftigen, beispielsweise wie bestimmte Stoffe für Übergewichtigkeit bei Kindern mitverantwortlich sein könnten, aber noch einige weitere Beispiele.

Dietmar Krautwurst hat Biologie in Deutschland und der Schweiz studiert. Ihn hat schon immer die Signalweitergabe in Zellen fasziniert, und dies hat ihn seinen kompletten akademischen Werdegang begleitet. Rezeptoren und ihre Bindungspartner spielten also schon früh eine große Rolle für ihn. Seinen Doktor hat er am Pharmakologischen Institut der Freien Universität Berlin gemacht, in der Arbeitsgruppe von Günter Schultz. Danach führte ihn eine Post-Doc Stelle in die USA zur Johns Hopkins nach Baltimore, wo er begann, an Geruchsrezeptoren zu forschen.

Aber auch hier kommt das Gespräch immer wieder auf spannende Projekte mit Bezug zum Geruchssinn oder zu Geruchsrezeptoren.

Dr. Krautwurst ist ausgesprochen glücklich, am Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der TU München (LSB) in Freising zu sein. Er sieht die Leibniz-Gemeinschaft als „Ermöglichungsstruktur“, denn dieses lange Projekt mit dem oben erwähnten Zellsystem mit der großen Rezeptorensammlung wäre nach seiner Auffasung in einer anderen Struktur nur schwer möglich gewesen.

Herrn Krautwurst liegen sehr viele Moleküle sehr am Herzen. Aktuell würde er sich auf Moleküle festlegen, an denen er und seine Gruppe gerade aktiv forschen: einmal das Molekül, das für den Pfefferminzgeruch zuständig ist, das (-)Carvon, aber auch die Vielzahl an Süßstoffen, die spannende Effekte auf den menschlichen Körper haben können, neben der Tatsache, dass sie süß schmecken.

Wir bedanken uns ganz herzlich bei PD Dr. Dietmar Krautwurst für seine Zeit, die Tour durch die Labore, das ganze Material, das er uns zur Verfügung gestellt hat, und all die Fakten und Anekdoten, die er uns erzählt hat.

Wir freuen uns immer über Feedback: per Mail unter [email protected], in den Kommentaren unter den einzelnen Episoden, über Twitter @wirkstoffradio oder auch als Bewertung bei iTunes oder panoptikum.social.

Bernd und André sitzen wieder zusammen bei Bernd im Wohnzimmer, um über Dinge zu sprechen, die ihnen in den letzten Folgen aufgefallen sind und ausführlicher besprochen werden müssen und um über alles zu quatschen, was ihnen sonst noch aufgefallen ist.

In der Folge WSR010 Grenzwerte, Leitwerte und Studien am Beispiel Stickoxide und Feinstaub hatten wir mit Prof. Jan Hengstler vom IfADo gesprochen, und dort hat er angedeutet, dass bzgl. der Grenzwerte zur Zeit auch noch Studien laufen. Wissenschaftler*innen des Max-Planck-Institut für Chemie haben am 12. März 2019 einen Artikel dazu veröffentlicht, in dem sie zu dem Schluss kommen, dass die Lebenserwartung in Europa durch Luftschadstoffe wie Stickoxide und Feinstaub rund zwei Jahre geringer ist. Hier die Links:

Pressemitteilung: Luftverschmutzung verkürzt das Leben der Europäer um rund zwei Jahre

wissenschaftlicher Artikel (open access): Jos Lelieveld et al.; Cardiovascular disease burden from ambient air pollution in Europe reassessed using novel hazard ratio functions, European Heart Journal, ehz135

Brend und André sprechen über die Schüler*innen Proteste, die seit einiger Zeit jeden Freitag statt finden. Dazu gibt es jetzt auch die Initiative Scientist4Future, bei der mittlerweile mehr als 24000 Wissenschaftler*innen aus Deutschland, Österreich und der Schweiz die Schüler*innen von Fridays4Future unterstützen. Auch Bernd und André haben die Stellungnahme der Scientists4Future unterzeichnet.

Die letzte Folge WSR011 Proteinstrukturen aufklären mit der Röntgenkristallographie mit Dr. Yvette Roske vom Max-Dellbrück-Centrum für molekulare Medizin (MDC) in Berlin-Buch, drehte sich auch um die verschiedenen Organisations- oder Ordnungsebenen der Proteinstruktur. Bernd ist es ein Anliegen, dazu nochmal einen gesammelten Überblick zu geben. Links dazu:

Bernd spricht einige besondere Strukturen an – hier die β-Faltblattstruktur des OmpG!

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Hinweis von André: Zur Proteinfaltung lohnt es sich in die erste Folge von „mal ganz grundsätzlich“ reinzuhören, in der es zu großen Teilen um die Proteinfaltung und Chaperone geht: mgg001: Proteine mit Dr. Janine Kirstein. Dazu gibt es sogar ein Video, das weiter unten in diesen Sendungsnotizen eingebettet ist.

Bernd erzählt, wie die Anfänge der Sekundärstruktur-Vorhersage waren und wie sich diese weiter entwickelt hat. Dazu gibt es auch eine Reihe von Links zu Stichworten wie im Gespräch erwähnt werden:

Der wissenschaftliche Artikel zum Ramachandran-Plot befindet sich leider hinter einer Paywall, ist also nur für diejenigen zugänglich, die ein Abo der entsprechenden Fachzeitschrift haben. Daher werden wir nicht direkt auf den Artikel verlinken, sondern stellen euch den „Digital Object Identifier (DOI)“ zur Verfügung:

Da André Physiker ist, hat er sich mal in die Thematik der Röntgen- und Synchrotronstrahlung von der physikalischen Seite her eingearbeitet und eine detaillierte Erklärung zur Strahlungsentstehung mitgebracht. Dazu gibt es auch ein paar Links und Bilder:

Die folgenden Links sind uns vom Helmholz-Zentrum Berlin, die das BESSY betreiben, zur Verfügung gestellt worden. Die haben auch einen eigenen Twitterkanal unter HZB@BESSY.

Der Gesprächspartner aus Folge WSR003 vom Naturstoff zum Wirkstoff, Prof. Ludger Wessjohann, wurde in den Sachverständigenrat für Wissenschaft, Technologie und Innovation der Republik Kolumbien berufen. Wir gratulieren ganz herzlich zu dieser Berufung, Ludger!

Pressemitteilung: Chemiker des IPB berät kolumbianische Regierung in Wissenschaftsfragen

Bereits oben erwähnt: André treibt Podcast-technisch noch andere Dinge. Er hat sich das Format „mal ganz grundsätzlich“ ausgedacht, oder kurz: mgg. Das ist ein Podcast, aber auch immer eine live-show und ein Gespräch, das auch immer von einem live-Zeichner begleitet wird. Die erste Folge zum Thema Protein hatten wir hier schon angekündigt, hier nochmal der Link: mgg001: Proteine mit Dr. Janine Kirstein. Jetzt ist endlich auch das passende Video raus, mit der live-Zeichung von Roland Brückner. André würde sich sehr über Feedback, Kommentare und weiterleiten des Videos freuen

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Direkter Link zum Video: https://youtu.be/RonLE07LiWY

Bernd und André werden am 1. & 2. April auf den Wirkstofftagen 2019 im Hygienemuseum in Dresden sein und auch einen kleinen Vortrag über das Wirkstoffradio halten.

Wir freuen uns immer über Feedback: per Mail unter [email protected], in den Kommentaren unter den einzelnen Episoden, über Twitter @wirkstoffradio oder auch als Bewertung bei iTunes oder panoptikum.social.

Bernd und André waren in Berlin-Buch, am Max-Dellbrück-Centrum für molekulare Medizin (MDC), das Teil der Helmholz-Gemeinschaft ist. Dort haben wir Dr. Yvette Roske besucht, um mit ihr über ihre Arbeit an der Strukturaufklärung von Proteinen zu sprechen und wie sie dafür Proteinkristalle herstellt.

Übrigens ist das MDC direkt neben dem FMP, dem Leibniz-Forschungsinstitut für molekulare Pharmakologie, wo wir uns in Folge WSR007 Moleküle Atom für Atom untersuchen mit NMR-Spektroskopie mit Peter Schmieder unterhalten haben.

Yvette beschäftigt sich vor allem mit der Kristallisation und Struktur von Proteinen. Sie gibt daher zunächst eine kleine Einführung in Kristalle und deren Untersuchung. Eine kurze Liste mit Links dazu:

Im Bild oben sieht man einen Kristall in einer Nylonschlaufe, der in einen Röntgenstrahl gehalten wird, unter vielen verschiedenen Winkeln. Yvette schrieb uns dazu nach unserem Gespräch:

„Da Röntgenwellen viel feiner (0.1-0.2 nm) als sichtbare Lichtwellen (400-700 nm) sind, kann man mit der Röntgenstrukturanalyse auch einzelne Atome (Abstand im Protein: 0.1-0.3 nm) auflösen. Selbst das beste Lichtmikroskop könnte das aufgrund der Welleneigenschaft des Lichts nicht.

Trifft nun ein Bündel Röntgenwellen auf unseren Kristall, so treffen diese auf die Elektronenhülle der Proteinatome und werden abgelenkt. Da nun die Proteine im Kristall regelmäßig angeordnet sind, wiederholen sich auch die Atome (Abbildung 5). Dadurch werden manche Wellen parallel zueinander abgelenkt und es kommt zur Interferenz, d.h. der Kristall verstärkt den gebeugten Strahl in ganz bestimmten Richtungen und löscht ihn in allen anderen. Somit wirken alle Proteine gemeinsam auf den Strahl ein und wir bekommen ein Durchschnittsbild aller Proteine im Kristall. Da es sich um eine 3-dimensionale Rekonstruktion von dem Protein handelt, müssen viele Bilder von dem Kristall von verschiedenen Winkeln aufgenommen werden, insgesamt einige hundert.“

Ein Beispielbild dieser vielen Aufnahmen könnt Ihr hier sehen:

Aus vielen dieser Röntgenbeugungsbilder wird dann im Computer ein Modell der Elektronendichte berechnet, was Rückschlüsse auf die Proteinstruktur zulässt. Dieser Arbeitsschritt ist aber auf keinen Fall trivial oder einfach, sondern bedarf viel Arbeit. Später im Gespräch wieder dieser Schritt der Verarbeitung der Daten genauer besprochen. Eine grafische Darstellung der berechneten Elektronendichte seht ihr auf dem folgenden Bild.

Yvette schrieb uns nach unserem Gespräch dazu:

„Wir bekommen somit eine riesige Tabelle mit den Koordinaten und Helligkeiten der Punkte. So bekommen wir ein Bild des Proteins, jedoch im reziproken Raum, welches noch in den echten Raum „umgekrempelt“ werden muss. Der französische Mathematiker Jean Baptiste Joseph Fourier hat dieses Problem jedoch schon 80 Jahre vor Erfindung der Röntgenstrahlung gelöst. Wir wenden also eine Fourier-Transformation an. Nun haben wir ein computergeneriertes Röntgenbild des Proteins – im echten Raum. Genau genommen ist dies ein Bild der Elektronenhüllen der Atome. Wir nennen dies eine Elektronendichte„

Weitere Links dazu:

Es gibt allein im menschlichen Körper sehr viele verschiedene Proteine, man schätzt ungefähr 500000 bis eine Million verschiedene Proteine. Und längst nicht alle Proteinstrukturen sind bekannt, obwohl sie eine große Rolle bei allen möglichen Vorgängen im Körper spielen, beispielsweise auch bei neurodegenerativen Krankheiten. Deswegen ist Yvettes Arbeit auch ein wichtiger Bestandteil der Forschung an Wirkstoffen.  Ein paar Stichworte dazu:

In der internationalen Protein Data Bank sind aktuell lediglich 150000 Strukturen abgelegt, und das sind nicht nur menschliche Proteine. Über die Protein Data Bank haben wir auch schon in Folge WSR002 gesprochen.

Yvette erklärt zunächst grundsätzlich wie Röntgenstrahlung erzeugt wird. Für die Analyse von Proteinstrukturen benötigt man deutlich stärkere Röntgenstrahlung als beispielsweise beim Röntgen im Krankenhaus. Für die Röntgenkristallographie gibt es eigens große Beschleunigeranlagen, an denen die Messungen durchgeführt werden. Yvette vermisst ihre Proben meistens am BESSY, das ist kurz für die Berliner Elektronenspeicherring-Gesellschaft für Synchrotronstrahlung. Weitere Links dazu:

Yevette berichtet, wie die Probenpräparation und die Vorbereitung auf eine Messung funktionieren. Die Kristalle werden für die Messung (und auch für den Transport) in flüssigem Stickstoff eingefroren. Dabei dürfen sich keine Eiskristalle bilden, da diese die Messung mit ihrer Struktur beeinträchtigen würden. Stichworte dazu:

Für einen Proteinkristall benötigt man zunächst „pures“ Protein. Yvette erklärt, welche Arbeitsschritte notwendig sind, um dies zu erreichen und wie überprüft wird, ob auch nur das gewünschte Protein am Ende übrig ist. Eine Stichwortliste dazu:

Yvette schreibt dazu:

„Die Kristallisation erfolgt in einer Kristallisationsplatte mit 96 einzelnen Kammern (Wells) mit Hilfe der sogenannten Dampfdiffusion. Hier wird die gereinigte und konzentrierte Proteinlösung 1:1 mit der Präzipitationslösung oder Fällungsmittel (Mischung aus verschiedenen Chemikalien) in einem winzigen Tropfen (0,4µl) gemischt, der in einer erhöhten Mulde sitzt (im Bild oben: a) und b)).

In einem größeren, tiefer sitzenden Reservoir befindet sich nur die Präzipitationslösung. In einem abgeschlossenem System tritt aufgrund der geringeren Fällungsmittelkonzentration im Gemisch mit dem Proteintröpfchen ein Transport von Wassermolekülen in Richtung dem größeren Reservoir ein (Pfeile in b). Dadurch erhöht sich die Proteinkonzentration im Tropfen und auch die Konzentration der anderen Stoffe, die ebenfalls im Tropfen vorhanden sind. Die Proteinmoleküle rücken also immer dichter zusammen bis es zur Bildung von einem Kristallisationskeim kommt (c) aus dem nach einigen Tagen bis Wochen durch weitere regelmäßige Anordnung der Proteinmoleküle ein größerer einzelner Proteinkristall entstehen kann (d).

Leider ist die Kristallisation eines Proteins nicht planbar. Ein Protein kristallisiert nur in einer oder ein paar wenigen ganz bestimmten Präzipitationslösungen. Da zur Kristallisation von Protein immer noch viel Glück gehört, versucht man durch das Verwenden von hunderten Kombinationen verschiedener Präzipitationslösungen die richtige Kristallisationsbedingung zu finden. Dabei ist der Einsatz von Pipettierrobotern, welche die Protein-/Fällungsmitteltropfen in eine 96-Well Kristallisationsplatte (im Bild oben: a) setzen, von großer Bedeutung. Somit ist jeder erhaltene Proteinkristall eine wertvolle Sonderanfertigung.“

Die Platten mit den verschiedenen Ansätzen werden dann von einem Lagerroboter verwaltet und in regelmäßigen Abständen vermessen. Dabei macht eine Kamera Bilder von jedem einzelnen „Well“, also jeder einzelnen Mulde, in der ein Tropfen liegt, in dem hoffentlich bald ein Proteinkristall wächst.

Yvette hat uns freundlicherweise, im Anschluss an unser Gespräch, Bilder zur Verfügung gestellt, die der Lagerroboter vollkommen automatisch von den Kristalisationsplatten anfertigt. Sie ist im MDC auch für diese Geräte die Verantwortliche.

Dass überhaupt etwas kristallisiert, ist ein Prozess der spontan abläuft, wenn alle nötigen Randbedingungen erfüllt sind. Yvette stellte uns auch eine Abbildung zur Verfügung, um die Struktur innerhalb eines Protein-Kristalls besser zu verstehen:

Ein paar Stichworte dazu:

Weiter oben ist bereits ein Foto zu sehen, wie André eine der größten Nylonschlaufen hoch hält. Diese Schlaufen können bis zu 50 µm klein sein und halten den Kristall zusammen mit etwas Flüssigkeit.

Diese frisch gefangenen Kristalle werden zunächst direkt im Labor an der „kleinen Röntgenquelle“ von der es weiter oben auch ein Bild gibt, charakterisiert. Erst dann werden Vorbereitungen getroffen, die Kristalle so zu verpacken, dass sie zu Anlagen wie dem BESSY in Berlin-Adlershof transportiert werden können.

Wenn die Messung am BESSY in Berlin statt findet, werden die Proben meistens von Yvette selbst mit dem Auto zur Einrichtung gefahren. Die Kristalle werden eingefroren und in flüssigem Stickstoff gelagert.

Yvette erzählt einige Erlebnisse, wie sie auch schon einmal versucht hat ,mit den Proben in einer „Thermoskanne“ ein Flugzeug zu betreten.

Mittlerweile werden die Proben immer mit speziellen Transportdienstleistern versandt, wenn Messungen außerhalb von Berlin gemacht werden.

Yvette erzählt uns von den möglichen Schwierigkeiten und Grenzen. Sie erwähnt dabei auch das von ihr bisher größte charakterisierte Protein p97. Hier findet Ihr den Eintrag dazu in der Protein Data Bank.

Noch ein paar Stichworte dazu:

Wissenschaftler*innen können am MDC die Einrichtungen benutzen, die von Yvette betreut werden. Da aber die Vorbereitungen und der Auswertungsprozess durchaus anspruchsvoll sind, kooperiert Yvette häufig mit anderen Forschenden. Die verwendete Software zur Auswertung kommt aus der Wissenschafts-Community selbst und ist in der Regel open source.

Yvette erzählt dabei auch nochmal ausführlicher vom Protein p97. Online kann man sich ihre Messdaten dazu anschauen, beispielsweise die Elektronendichte von p97, und zwar interaktiv.

Die Geräte und Strukturen für die Kristallographieim MDC hat Yvette konzipiert und aufgebaut. Sie macht auch die Wartung der Geräte und mag es auch zum Schraubendreher zu greifen. Von der Ausbildung her ist sie Elektrikerin und hat später dann Biotechnologie studiert. Schon früh in ihrem Studium war sie begeistert von der Kristallographie und sie hat deshalb auch am MDC mit ihrer Doktorarbeit angefangen. Seit dieser Zeit arbeitet sie auf dem Campus in Berlin Buch.

Besonders am Herzen liegt ihr das p97 Protein, das weiter oben auch bereits verlinkt ist. Yvette gefällt aber auch das TasA Protein, das sie aus einem anderen Projekt kennt, welches sich mit Biofilmen beschäftigt.

Wir bedanken uns ganz herzlich bei Dr. Yvette Roske für Ihre Zeit, die Tour durch die Labore, das ganze Material, das sie uns zur Verfügung gestellt hat, und all die Fakten und Anekdoten, die sie uns erzählt hat.

Wir freuen uns immer über Feedback: per Mail unter [email protected], in den Kommentaren unter den einzelnen Episoden, über Twitter @wirkstoffradio oder auch als Bewertung bei iTunes oder panoptikum.social.

Bernd und André sitzen wieder zusammen bei Bernd im Wohnzimmer. Und wenn die beiden das tun, sprechen sie meistens von Dingen, die ihnen zu den letzten Folgen eingefallen sind, was ihnen aktuell so untergekommen ist und diverses mehr.

Diesmal dominiert das aktuelle, nämlich die Berichterstattung über die Grenzwerte für Stickoxide und Feinstaub: Daher ist Prof. Dr. Jan G. Hengstler zu Gast, vom Leibniz Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund (IfADo). Er ist wissenschaftlicher Direktor und Leiter des Forschungsbereichs Toxikologie und Systemtoxikologie und kennt sich bestens mit Grenzwerten aus. Er war bereits in Folge WSR005 Was ist Toxikologie im Wirkstoffradio vertreten. Prof. Hengstler wird uns erklären, wie Grenzwerte eigentlich zustande kommen, was dafür nötig ist und berücksichtigt wird, und einig Beispiele und Hinweise auf Studien zum Thema Stickoxide und Feinstaub.

Aber zunächst ist es Bernd ein Bedürfnis sich zu entschuldigen, denn unser iTunes-Feed ist einige Tage lang ausgefallen. Das ist mittlerweile wieder behoben und wird so schnell nicht wieder passieren. Und wo wir gerade beim Thema sind: Wir freuen uns immer über Bewertungen auf iTunes, das hilft anderen, unseren Podcast zu finden und konstruktive Kritik ist immer herzlich willkommen.

Da es jede Menge Berichterstattung und auch Diskussion über die Grenzwerte zu Stickoxiden und Feinstaub gab, wollen wir versuchen, im Gespräch mit Prof. Hengstler, die Grundlagen für einen Grenzwert zu erfahren. Wissenschaftlich gehen vier Studientypen in die Ermittlung eines Grenzwertes ein: Humanstudien, Tierversuche, In-vitro-Versuche und epidemiologische Studien. Hier einige Links dazu:

Informationen zu Tierversuchen gibt es zum Beispiel bei Tierversuche-verstehen.de, die den Untertitel „eine Informationsinitiative der Wissenschaft“ trägt und unter anderem von der Leibniz-Gemeinschaft, der Hochschulrektorenkonferenz, der Nationalen Akademie der Wissenschaft, der Deutschen Forschungsgemeinschaft und vielen anderen betrieben wird. Eine vollständige Liste aller beteiligten Organisationen und etwas Hintergrund zu der Initiative findet man hier.

Aus den vielen Studien der oben genannten vier Typen wurden unterschiedliche Stoffkonzentrationen ermittelt, bei denen Reaktionen oder Effekte beobachtet wurden. Einige davon sind in den Air Quality Guidelines von 2005 und den Guidelines for Indoor Air Quality von 2010 der Weltgesundheitsorganisation WHO enthalten. Bereits in der Veröffentlichung von 2005 wird ein Richtwert von 40µg/m³ für Stickoxide von der WHO empfohlen – den gleichen Wert, den die EU als Grenzwert vorgibt, und der auch in Deutschland Gültigkeit hat. Dazu gibt es ein paar weitere Information und Quellen beim Umwelt Bundesamt: Stickstoffdioxid-Belastung: Hintergrund zu EU-Grenzwerten für NO2.

Herr Hengstler via eMail schrieb zu den WHO-Papieren:

„hier wird auf S. 334 ein Überblick über Tierversuche gegeben. Dort wird ausgeführt, dass es bei subchronischen Studien erst oberhalb von 3160 µg/m³ (2 ppm) NO2 zu toxischen Effekten kam. Dort wird auch diskutiert, dass es schon bei 752 µg/m³ nach 18 Monaten zu Lipidoxidation kam (WHO 2005, S. 334).“

Schließlich gehen wir auf die vier verschiedenen Typen von Studien genauer ein.

Beispiel für eine Humanstudie, die uns Herr Hengstler nach dem Gespräch hat zukommen lassen:

„Beispiel einer kontrollierten Humanstudie; key message: Asthmatiker zeigen bei Exposition gegenüber 474 µg/m³ (0.3 ppm) NO2 Bronchokonstriktion“

Die Studie befindet sich leider hinter einer Paywall, ist also nur für diejenigen zugänglich, die ein Abo der entsprechenden Fachzeitschrift haben. Daher werden wir nicht direkt auf den Artikel verlinken, sondern stellen euch den „Digital Object Identifier (DOI)“ zur Verfügung:

Nachdem Studien durchgeführt und ausgewertet wurden, bekommt man nicht automatisch einen Grenzwert. Es muss unterschieden werden, wie die Fragestellung ist. Beispielsweise sind für die Arbeitssicherheit andere Maßstäbe anzulegen als für den Schutz der Allgemeinheit. Ein paar Links dazu:

Herr Hengstler erwähnt auch eine epidemiologische Studie, zu der er uns nachträgliche weitere Informationen hat zukommen lassen:

„Beelen et al., Lancet, 2014: die im Interview erwähnte epidemiologische Studie. Dort wird für Feinstaub (PM2,5) eine Hazard Ratio (HR) von 1,07 mit einem 95%-Konfidenzintervall von 1,02-1,13 ermittelt. Konkret bedeutet das, dass das Risiko zu erkranken um 1,07 ansteigt, wenn man gegenüber 5 µg/m³ Feinstaub mehr exponiert ist. Für NO2 ist die HR=1,01 mit einem 95%-Konfidenzintervall von 0,99-1,03. Diese Werte beziehen sich auf den Anstieg des Risikos, wenn man gegenüber 10 µg/m³ NO2 mehr exponiert ist. In dieser Studie wird also für NO2 nur ein Trend aber kein statistisch signifikanter Zusammenhang berichtet. Im Interview wird die Schwierigkeit der Differenzierung von Confounder-Effekten erläutert. Die Autoren des Artikels diskutieren diese Schwierigkeit ebenfalls („However, residual confounding … can never be excluded completely“; zweiter Absatz der Diskussion).“

Die Studie befindet sich leider hinter einer Paywall, ist also nur für diejenigen zugänglich, die ein Abo der entsprechenden Fachzeitschrift haben. Daher werden wir nicht direkt auf den Artikel verlinken, sondern stellen euch den „Digital Object Identifier (DOI)“ zur Verfügung: 10.1016/S0140-6736(13)62158-3

Eine Linkliste von Stichworten, die dabei vor kommen, alle aus der Wikipedia:

Bereits in der Folge WSR005 Was ist Toxikologie hat uns Herr Hengstler erklärt, dass es Substanzen ohne und mit einem Schwellenwert für ihre jeweilige Gefährlichkeit für den Menschen gibt. Dabei sind die Substanz ohne Schwellenwert die gentoxischen und krebserregenden Stoffe.

Substanzen, die Zellmembranen schädigen oder eine Entzündung auslösen wie beispielsweise NO oder NO2, sind Stoffe, die erst ab einer bestimmten Schwelle gefährlich für den menschlichen Organismus sind, sagt Herr Hengstler. Allerdings ist es ausgesprochen schwierig, experimentell diese Schwellenwerte genau festzulegen, weil diese von Mensch zu Mensch sehr unterschiedlich sein können. Beispielsweise, wenn es (vereinzelt) zu einer allergischen Reaktion kommt.

Herr Hengstler sagt, dass es generell nicht falsch sein muss, Raucher als Beispiel für die Stickoxidbelastung heran zu ziehen. Die Frage hierbei ist allerdings, wie man dies genau interpretiert und was man daraus ableitet.

Wenn man die Harmlosigkeit von etwas nachweisen will, so Herr Hengstler, benötigt man eine Exposition, bei der nachgewiesenermaßen nichts passiert. Das ist beim Rauchen nicht gegeben, und man kann daher aus der Tatsache „dass Raucher nicht alle sofort tot umfallen“ nicht ableiten, dass die Grenzwerte für Stickoxide und Feinstaub zu hoch angesetzt sind. Anders ausgedrückt: Ein Raucher ist bereits mit seiner Feinstaub und Stickoxidbelastung in einem Konzentrationsbereich, bei dem eine Wirkung festzustellen ist und deswegen eignet sich dies nicht als Ausgangspunkt für eine Festlegung eines Grenzwertes oder Schwellenwertes, denn dafür bräuchte es eine Exposition, bei der keine Wirkung festzustellen ist – denn genau das soll ein Grenzwert am Ende ja erreichen: Ein Wert für eine Substanz, die niemandem schadet, also auch keine Wirkung zeigt.

Mehr Hintergrundinformationen, zu dem was Herr Hengstler erklärt, gibt es im Wikipedia-Artikel systematische Übersichtsarbeit. Weitere Stichworte bei Wikipedia:

Hier verweist Herr Hengstler auch nochmal auf die Studie „Beelen et al.“, zu der oben bereits ein Zitat von Herrn Hengstler steht.

In den meisten Fällen kann man nicht davon ausgehen, dass eine Schädigung bei einer geringen Dosis linear mit einer Erhöhung der Dosis anwächst. Das kann man recht anschaulich an der Theorie zur Dosis-Wirkungs-Kurve sehen. Besonders wenn Entzündungserscheinungen und allergische Reaktionen eine Rolle spielen, kann man davon ausgehen, dass die Beziehung zwischen Dosis und Wirkung nicht linear ist aber auch, dass diese Beziehung sehr stark vom jeweiligen Individuum abhängt.

Das ist vor allem von der Fragestellung oder der Zielsetzung eines Grenzwertes abhängig. Wenn die Allgemeinheit geschützt werden soll, müssen auch besonders Empfindliche, Anfällige, Kranke, sehr junge und sehr alte Menschen mit in die Abwägungen mit einbezogen werden – dies ist ein deutlicher Unterschied zu Grenzwerten aus dem Arbeitsschutz, bei dem davon ausgegangen werden kann, dass Mitarbeiter*innen betriebssärztlich beobachtet werden und immer nur begrenzte Zeiten einer Substanz ausgesetzt sind.

Herr Hengstler stellt heraus, dass es sich hier immer um einen gesellschaftlichen Konsens handelt und es durchaus möglich ist, dass  zu einer Substanz verschiedene Grenzwerte in verschiedenen Bereichen des Alltags existieren. Herr Hengstler nochmal aus einer eMail, die er uns nach dem Gespräch hat zukommen lassen:

„Die Begründung des MAK-Wertes (Arbeitsplatz-Grenzwert) von 950 µg/m3. Der Unterschied zu dem WHO-Richtwert von 40 µg/m3 in der Außenluft kommt dadurch zustande, dass der MAK-Wert nur für Gesunde in ihrer Arbeitszeit (40 Stunden pro Woche und 220 Tage im Jahr für 40 Jahre) gilt, und dass der WHO-Richtwert die gesamte Bevölkerung, einschließlich besonders empfindlicher Personen, vor gesundheitlichen Beeinträchtigungen schützen soll.“

siehe dazu den Wikipedia-Artikel Maximal-Arbeitsplatz-Konzentration (MAK-Wert).

Die wissenschaftliche Seite des Prozesses, der dann später zu einem rechtlich bindenden Grenzwert führt, wird in unabhängigen Gremien gemacht. Beispielsweise in den Senatskommissionen der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG), aber auch das Institut von Herrn Hengstler, das IfADo, hat eine eigene Informationsseite zu dem Thema.

Herr Hengstler lieferte uns noch per eMail folgendes nach:

„MAK-Begründung für NO2: hier wird eine Studie diskutiert mit 13 Wochen NO2-Exposition; der NOAEC (no observed adverse effect level) liegt bei 2.14 ml/m³; einige weitere Tierstudien werden in diesem Dokument diskutiert.

Die Studie befindet sich leider hinter einer Paywall, ist also nur für diejenigen zugänglich, die ein Abo der entsprechenden Fachzeitschrift haben. Daher werden wir nicht direkt auf den Artikel verlinken, sondern stellen euch den „Digital Object Identifier (DOI)“ zur Verfügung: 10.1016/0041-008X(84)90097-8

Unser Gast merkt abschließend noch an, dass er etwas verwundert darüber war, dass zur Debatte um Stickoxide und Feinstaub gar nicht die Wissenschaftler befragt wurden, die mit der wissenschaftlichen Ausarbeitung hier in Deutschland befasst gewesen sind.

Wir, Bernd und André, wollen uns ganz herzlich bei Prof. Jan Hengstler vom IfADo bedanken, dass er sich Zeit genommen hat, um mit uns zu sprechen. Herzlichen Dank!

Danke fürs Zuhören! Wir freuen uns immer über Feedback: per Mail unter [email protected], in den Kommentaren unter den einzelnen Episoden, über Twitter @wirkstoffradio oder auch als Bewertung bei iTunes oder panoptikum.social.

Bernd und André waren in Dortmund am ISAS, dem Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften in Dortmund und haben sich dort mit Dr. Erik Freier getroffen, um mit ihm über Enzyme, Wirkstoff-Herstellung und CARS-Mikroskopie zu sprechen.

Bernd hatte Dr. Freier auf den Wirkstofftagen 2018 bei einem Vortrag gesehen. Die Wirkstofftage sind ein jährliches Treffen des Leibniz-Forschungsverbundes „Wirkstoffe und Biotechnologie“, der diesen Podcast auch unterstützt. Bei den kommenden Wirkstofftagen 2019 werden Bernd und André dabei sein, wie schon in Folge WSR008 Die Statistik der HIV-Selbsttests und Wirkstoff Screening angekündigt. Jedenfalls war Bernd vom Vortrag von Dr. Freier begeistert und musste auch gleich an André denken, weil es auch um Mikroskopie ging.

Und mit der Frage nach der Mikroskopie beginnt das Gespräch dann auch. Dr. Freier erklärt, dass Wirkstoffe viel zu klein sind, um sie mit einem Lichtmikroskop beobachten zu können. Aber Wirkstoffforscher*innen interessiert auch die Umgebung und größere Strukturen, in denen Wirkstoffe hergestellt werden und dabei kann die Mikroskopie helfen. Zunächst gibt Dr. Freier einen Überblick, was mit einem Mikroskop überhaupt zu beobachten ist und was nicht. Dabei kommen einige Stichworte vor, hier eine Link-Liste dazu:

Das Gebiet, mit  dem sich Dr. Freier am ISAS vor allem beschäftigt,  ist die CARS-Mikroskopie, eine Abkürzung für „coherent anti-Stokes Raman scattering“, die zur Klasse der nichtlinearen Raman-Spektroskopie gehört. Vom Aufbau her ist ein CARS-Mikroskop ein Laser-Scanning-Mikroskop, bei dem ein Laser die Probe Punkt für Punkt abtastet und das jeweilige Fluoreszenz-Signal der Probe aufzeichnet. Im Gegensatz zur Fluoreszenzmikroskopie, bei der mit Fluoreszenzfarbstoffen die Probe angefärbt wird und diese unter Umständen Prozesse in der Zelle stören können, verwendet CARS einen anderen Effekt: Die Vibrationsspektroskopie.

Jedes Molekül schwingt oder vibriert und zwar nach einem bestimmten Muster, welches für das jeweilige Molekül spezifisch ist. Man kann beispielsweise in einer Zelle jedes Molekül in seinen charakteristischen Vibrationszustand anregen und dann ein Vibrationsspektrum messen. Aus diesem Spektrum rekonstruiert man dann, welche Moleküle an diesem Spektrum beteiligt sind – dazu sind teilweise sehr aufwändige Analysen nötig. Ohne Bioinformatiker geht da nichts. Und da das CARS-Mikroskop, wie oben bereits erwähnt, ein Laser-Scanning-Mikroskop ist, kann man so auch ein Bild zusammensetzen. Also Punkt für Punkt ein Vibrationsspektrum messen, um daraus dann quasi eine Karte „Molekülvorkommen“ zu erstellen.

Um die Aufnahme der Vibrationsspektren richtig zu verstehen, muss man sich ein bisschen mit der Grundlage von allem beschäftigen, sagt Dr. Freier, und das ist die Raman-Spektroskopie. Dabei wird die Probe mit monochromatischem Licht, also Licht einer Wellenlänge, bestrahlt. Wenn dieses Licht einen Vibrationszustand anregt, kann man Licht mit ein wenig geringerer Energie detektieren, es wird etwas zum roten hin verschoben. Umgekehrt ist es auch möglich, dass durch das Licht ein Vibrationszustand Energie verliert und das Licht mit etwas mehr Energie zurück kommt, das Licht wird also etwas zum blauen hin verschoben. Zusammengefasst: Man bestrahlt die Probe mit Licht einer Farbe, bekommt mehrfarbiges Licht zurück, und diese Unterschiede sind die „Fingerabdrücke“ der einzelnen Moleküle. Man bezeichnet dies auch als inelastische Streuung, im Gegensatz zur elastischen Streuung bei der Licht keine Energie überträgt. Um aus diesem mehrfarbigen Licht Informationen über die Moleküle zu erhalten und daraus ein Bild zu errechnen, bedarf es genauer Kenntnis einer Vielzahl von „Molekülfingerabdrücken“ und dies ist nur durch entsprechende Software zu leisten. Das Problem der Raman-Spektroskopie ist allerdings die Messzeit: würde man diese Technik in einem Laser-Scanning-Mikroskop anwenden, müsste man pro Bildpunkt einige Sekunden messen.

Der Trick bei CARS, im Gegensatz zur Raman-Spektroskopie, ist, dass man die Probe mit mehren Lasern (also mehreren Farben) gleichzeitig beleuchtet, mit dem Ziel, den Molekülen Energie für ihre jeweiligen Vibrationszustände zur Verfügung zu stellen. Dadurch wird der Fall der Blauverschiebung, die bereits bei der Raman-Spektroskopie erwähnt wurde, viel wahrscheinlicher. Man nennt diese Strahlung auch Anti-Stokes-Verschiebung. Dieses  Vorgehen hat ein sehr viel günstigeres Signal-zu-Rausch-Verhältnis, da es nicht von anderen Effekten wie Fluoreszenz überlagert wird, und die Messung viel schneller geht. Außerdem sorgt dies dafür, dass das CARS-Signal gerichtet ist, man also nicht Photonen in jeder Raumrichtung detektieren muss, sondern lediglich einen Detektor hinter der Probe benötigt, was die Messung effizienter macht. Mit dem CARS-Mikroskop von Dr. Freier ist eine Auflösung von ca. 300 nm möglich. Link-Liste mit weiteren Begriffen:

Dr. Freier erzählt dann, was er genau mit seiner CARS-Mikroskopie untersucht, besonders im Kontext eines besonderen Forschungsverbundes der Leibniz-Gemeinschaft. Er ist nämlich Teil des Leibniz Research Cluster – Bio/synthetische multifunktionale Mikroproduktionseinheiten – neuartige Wege der Wirkstoffentwicklung. In diesem Verbund liegt der Fokus von Dr. Freier besonders auf Enzymen, kleine Maschinen, die eine bestimmte Produktion oder Reaktion innerhalb einer Zelle durchführen. Vor allem ist es das Ziel dieses Leibniz Research Clusrers (LRC), mit Hilfe dieser Enzyme neue Wirkstoffe zu finden und herzustellen, und zwar ausschließlich mit den Enzymen, ohne den ganzen Reste der Zelle. Dieser „zellfreie“ Ansatz  hat zwei Vorteile: zum einen ist auf diese Weise keinerlei genetisches Material am Prozess beteiligt, denn Enzyme sind nur große Proteine und tragen keine DNA. Zum anderen ist eine Zelle ein lebendes System, in dem viele Prozesse ablaufen und eine Reduktion  auf nur einen Prozess, den ein Enzym  durchführt, macht die ganze Geschichte kontrollierbarer und besser handhabbar. Außerdem können in einem solchen System höhere Konzentrationen aller möglichen Stoffe vorkommen, die für Zellen schon tödlich wären, und auch Stoffe produziert werden, die ganz gezielt gegen bestimmte Zellen wirken, Antibiotika beispielsweise.

Diese Enzyme werden in Mikroreaktoren eingebracht, in denen dann (später) potentielle Wirkstoffe hergestellt werden sollen. Mikroreaktoren sind kleine Labore in einem Format, ähnlich wie ein Mikrochip in der Computertechnik, nur basieren die Vorgänge dort auf biochemischen Prozessen und der Mikrofluidik. Weitere Stichworte hierzu:

Es gibt dazu auch weitere Informationen auf der Homepage von Dr. Freier: Analytik für die Wirkstoffentwicklung.

André fragt, was es mit den vorher erwähnten „biologischen Ziegelsteinen“ oder Bioblicks auf sich hat. Damit sind die Enzyme gemeint, die in den Mikroreaktoren verwendet werden – da sie ja eigentlich „nur“ ein Baustein aus einer Zelle sind, und in den Mikroreaktoren in einem anderen Kontext verwendet werden. Die Wortschöpfung Biobrick ist nicht von Dr. Freier oder Kollegen aus dem LRC, diesen Begriff gibt es schon länger. Im LRC gibt es zwei Gruppen die sich sehr intensiv mit Biobricks beschäftigen:

Die Idee hinter den Biobricks ist, dass man von einfachen Enzymen, die nur ein paar Atome miteinander verbinden, langsam zu immer komplexeren Enzymen oder Biobricks kommt, die große Moleküle herstellen, so groß, wie es bisher mit enzymatischen Verfahren in technischen Anlagen bisher nicht möglich war. Dr. Freier erklärt das am Beispiel von Coenzym A.

Wir kommen zu einer anderen Mikroskopiemethode, der SERS-Mikroskopie. Das ist kurz für Surface Enhanced Raman Scattering, oder zu Deutsch: Oberflächenverstärkte Raman-Streuung. Dabei erzeugt man Oberflächen aus Gold oder Silber mit einer sehr hohen Rauheit im atomaren Bereich. Die kleinen Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche wirken dann wie Antennen, und Materialien in der Nähe einer solchen Antenne liefern ein weitaus höheres Raman-Signal. Der Vorteil gegenüber CARS ist hier, dass man einen Raman-Aufbau verwenden kann und auf die aufwändige Laser-Technik der CARS-Mikroskope verzichten kann. Der Nachteil ist allerdings, dass man kaum kontrollieren kann, wo diese verstärkenden Antennen auf der Oberfläche liegen. Diese sind punktförmig und recht zufällig verteilt – nicht die ganze Oberfläche sorgt für eine Verstärkung des Raman-Signals. Daher ist die SERS-Technik eigentlich ungeeignet für die Verwendung in Mikroreaktoren. Allerdings forscht die Gruppe von Dr. Freier daran, wie man gezielt einzelne Hot-Spots erzeugen kann, genau an den Stellen des Mikroreaktors, die interessant sind. In dem Fall würde man dann Ortsauflösung tauschen gegen Einfachheit der Technik, da man kein aufwändiges CARS-Mikroskop benötigt.

Bernd wirft ein, dass Dr. Freier und André noch ein paar Begriffe aus der Mikroskopie erklären sollten, was sie dann auch tun. Ein paar Links dazu:

Schließlich kommt das Thema der Geräte um die Mikroreaktoren, denn irgendwie müssen die Flüssigkeiten hinein und hinaus, aber vor allem möchte Dr. Freier natürlich die produzierten Stoffe heraus bekommen. Dafür wird eine Freifluss Elektrophorese (FFE) verwendet, beziehungsweise in Dr. Freiers Labor, weil dort alles sehr klein ist, Mikro-FFE.

Bei der FFE wird eine Spannung quer zum Flüssigkeitsstrom angelegt, durch die Moleküle spezifisch ihrer hydrodynamischen Größe und Ladung abgelenkt werden können, und so an den Seiten der FFE Kammer ausgeleitet werden (im obigen Bild durch die länglichen schwarzen Dichtungen gut zu erkennen). Dr. Freier geht noch weiter ins Detail bezüglich des Einsatzes in geschlossenen Kreisläufen zusammen mit Mikroreaktoren, und wie dieses System bei Coenzym A eingesetzt wird, das bereits bei den Biobricks zur Sprache kam.

Dr. Freier erklärt auch, wie bisher Wirkstoffe in Bioreaktoren hergestellt werden, wie der technische Aufwand und Aufbau ist, und welche Vor- und Nachteile es dabei gibt – um einen Vergleich zu dem Mikroreaktor Ansatz mit den Biobricks zu haben. Auch sprechen wir über die Skalierung des Mikroreaktor-Ansatzes und wie die Forschung in diesem kleinen Format Erkenntnisse für eine größere Produktion liefern kann.

André fragt nach dem Werdegang von Dr. Freier. Den Anfang macht das Studium der Physik, wo er sich dann größtenteils mit Halbleiterphysik beschäftigt hat. Aber recht bald kam dann auch die Grundlagenforschung an Proteinen hinzu. Mit seiner Doktorarbeit ist er immer mehr in den Biomedizinischen Bereich gewechselt – hat dort aber immer noch die physikalischen Methoden der Spektroskopie und Mikrospektroskopie angewandt. Zu diesem Zeitpunkt kam er dann auch mit der CARS-Mikroskopie in Kontakt,  dies führte dazu , dass er am ISAS die Gelegenheit hatte eine Nachwuchsgruppe aufzubauen, die im Rahmen des Leibniz Research Clusters gegründet wurde.

Das LRC ist das erste seiner Art in der Leibniz-Gemeinschaft, und daher werden auch die Rahmenbedingungen dafür thematisiert. Gestartet wurde das ganze 2015 mit einer Laufzeit von 5 Jahren, gefördert durch die beteiligten Leibniz-Institute und das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF). Die Idee dahinter war, fünf Nachwuchsgruppen relativ ergebnisoffen an einem Bereich arbeiten zu lassen, um Möglichkeiten für neue Ideen und Ansätze zur Bewältigung der Fragestellung zu ermöglichen. Ein anderes Vorgehen im Vergleich zu vielen anderen Förderprogrammen.

Zum Abschluss wird über die Größe und Ausstattung von Dr. Freiers Nachwuchsgruppe gesprochen (Menschen, Geräte, Räume), und auch über verschiedene Möglichkeiten der Analytik. Ein paar spannende Einordnungen und Möglichkeiten zu Vergleichsmessungen werden hier noch besprochen.

Dr. Freiers Lieblingsmolekül/Liebingswirkstoff: Es fällt im schwer sich da festzulegen, aber er freut sich immer, wenn er über Stoffe stolpert, die exotische Bindungen haben. Exotisch in dem Sinne, dass diese Bindungen bei der CARS-Mikroskopie in Bereichen des Spektrums auftauchen, wo sonst eigentlich nichts zu finden ist – und er hat dazu auch gleich einen Vorschlag, dies in seiner Forschung anzuwenden.

Bitte ignoriert einfach Andrés Abschlusskommentar, bei dem er sich herzlich fürs „Zusehen“ bedankt – manchmal ist er etwas neben der Spur, wenn er über Mikroskope quatschen darf.

Wir freuen uns immer über Feedback: per Mail unter [email protected], in den Kommentaren unter den einzelnen Episoden, über Twitter @wirkstoffradio oder auch als Bewertung bei iTunes oder panoptikum.social.