WSR058-Die dunkle Seite des Mikrobioms und Cryo-Elektronenmikroskopie - Interview mit Dr. Daniel Roderer
Wirkstoffradio (MP3 Feed)
German - September 04, 2022 14:00 - 1 hour - 76 MBNatural Sciences Science Homepage Download Apple Podcasts Google Podcasts Overcast Castro Pocket Casts RSS feed
In dieser Episode besprechen Daniel Roderer und Bernd Rupp die unterschiedlichen Rollen des Mikrobioms. Dabei werden auch potenziell schädliche Mechanismen gezeigt und wie Daniel dieser "dunklen Seite des Mikrobioms" mit Cryo-EM auf der Spur ist.
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Das Wirkstoffradio ist ein Wissenschaftskommunikationsprojekt aus dem Leibniz-Forschungsinstitut f\u00fcr Molekulare Pharmakologie (FMP) und wird gef\u00f6rdert durch das Leibniz Forschungsnetzwerk Wirkstoffe und Biotechnologie.","poster":"https:\/\/www.wirkstoffradio.de\/podlove\/image\/68747470733a2f2f7777772e7769726b73746f6666726164696f2e64652f77702d636f6e74656e742f75706c6f6164732f323031382f30392f5769726b73746f6666726164696f5f4c6f676f5f6c616e672d3330303078333030305f63726f707065645f626c756542472e706e67\/500\/0\/0\/wirkstoffradio","link":"https:\/\/www.wirkstoffradio.de"},"title":"WSR058 Die dunkle Seite des Mikrobioms und Cryo-Elektronenmikroskopie - Interview mit Dr. Daniel Roderer","subtitle":"In dieser Episode besprechen Daniel Roderer und Bernd Rupp die unterschiedlichen Rollen des Mikrobioms. 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Dr. Daniel Roderer ist Nachwuchsgruppenleiter am Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie. Daniels Gruppe „Structure and mechanism of microbiome-driven diseases“ verwendet unter anderem Kryoelektronenmikroskopie, um molekulare Prozesse zwischen Bakterien des Darmmikrobioms mit Zellen des Dickdarms aufzuklären, die potenziell Teil eines krankhaften Mechanismus sind.
Dr. Daniel Roderer, Nachwuchsgruppenleiter am Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (2022); Quelle: Wirkstoffradio CC-BY 4.0
Im Rahmen einiger schwerer Erkrankungen, wie zum Beispiel Dickdarmkrebs bilden sich Interaktionen von Krebszellen mit Bakterien des Mikrobioms aus, die die Progression dieser Erkrankungen verschlimmern bzw. beschleunigen können. Die Interaktionen zwischen Bakterien und Zellen werden häufig durch Proteinkomplexe an der Berührungsebene zwischen den beiden Organismen gebildet. Für ein tieferes Verständnis der resultierenden Krankheiten ist ein detailliertes Bild der Komplexe notwendig, um Wirkstoff-basierte Therapien entwickeln zu können.
(Im Podcast gibt es Kapitelmarken, die den Zwischenüberschriften hier im Text entsprechen, so dass es einfacher ist, bestimmte Teile erneut zu hören. Nicht jede Kapitelmarke hat eine Zwischenüberschrift, manchmal fassen wir mehrere Kapitel zusammen.)
Was ist das Mikrobiom?
Mikrobiom – Wikipedia Artikel
Dickdarm – Wikipedia Artikel
Haut – Wikipedia Artikel
Mund – Wikipedia Artikel
Speichel – Wikipedia Artikel
Zahnbelag – Wikipedia Artikel
Magen – Wikipedia Artikel
Dünndarm – Wikipedia Artikel
Blut – Wikipedia Artikel
Blutvergiftung – Wikipedia Artikel
Stoffwechselprodukt – DocCheck Flexikon
Butyrate – Wikipedia Artikel
Pflanzenfasern – Wikipedia Artikel
wissenschaftlicher Artikel (closed access): Gilbert, J., Blaser, M., Caporaso, J. et al. Current understanding of the human microbiome. Nat Med 24, 392–400 (2018). 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: 10.1038/nm.4517
wissenschaftlicher Artikel (closed access): Sonnenburg, E.D., Sonnenburg, J.L. The ancestral and industrialized gut microbiota and implications for human health. Nat Rev Microbiol 17, 383–390 (2019). 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: 10.1038/s41579-019-0191-8
Wechselwirkungen zwischen Mensch und Mikrobiom im Dickdarm; Quelle: Daniel Roderer, CC-BY 4.0
Die dunkle Seite des Mikrobioms
Entzündung – Wikipedia Artikel
Tumor – Wikipedia Artikel
Escherichia coli (EColi) – Wikipedia Artikel
Colibactin – Wikipedia Artikel (englisch)
Darmkrebs, Kolorektales Karzinom – Wikipedia Artikel
Fusobacterium nucleatum – DocCheck Flexikon
Bacteroides fragilis – Wikipedia Artikel
Enterococcus faecalis – Wikipedia Artikel
Morbus Crohn – Wikipedia Artikel
wissenschaftlicher Artikel (open access): Wirbel, J. et al.: Meta-analysis of fecal metagenomes reveals global microbial signatures that are specific for colorectal cancer. Nat Med. 2019 Apr;25(4):679-689. DOI: 10.1038/s41591-019-0406-6
Funktion des Adhäsins
Adhäsine – Wikipedia Artikel
Adhäsion – Wikipedia Artikel
Natural killer cell (NK-Zelle) – Wikipedia Artikel
Exkurs Biofilm
Biofilm – Wikipedia Artikel
Extrazelluläre Matrix – Wikipedia Artikel
Schleimhaut oder Mukosa – Wikipedia Artikel
Toxin – Wikipedia Artikel
Die dunkle Seite des Mikrobioms II
Bakterielle Proteinsekretion – Wikipedia Artikel
Translokation (Genetik) – Wikipedia Artikel
Rezeptor (Biochemie) – Wikipedia Artikel
Pore – Wikipedia Artikel
Stuhltransplantation – Wikipedia Artikel
Cryo-EM zur molekularen Analyse des Mikrobioms
Kryoelektronenmikroskopie (Cryo-EM) – Wikipedia Artikel
Proteinkomplex – Wikipedia Artikel
Kristallstrukturanalyse – Wikipedia Artikel
WSR011 Proteinstrukturen aufklären mit der Röntgenkristallographie – Interview mit Dr. Yvette Roske – Link zur Episode
Tomografie – Wikipedia Artikel
Ångström (Einheit) – Wikipedia Artikel
Schematische Darstellung der Probe auf einem Cryo-EM Probenträger; Quelle: Daniel Roderer, CC-BY 4.0
Vorteile der Cryo-EM
wissenschaftlicher Artikel (closed access): Kühlbrandt W. The Resolution Revolution. Science 2014;3431443–1444. 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: 10.1126/science.1251652.
Hier noch ein Link des EMBL zum PDF des Artikels: The Resolution Revolution
Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) – Wikipedia Artikel
Atomare Masseneinheit (Dalton Da) – Wikipedia Artikel
Was wird durch die Cryo-EM detektiert
Scanning- (SEM) oder Rasterelektronenmikroskopie (REM) – Wikipedia Artikel
Transmissionselektronenmikroskopie – Wikipedia Artikel
Transmissionselektronenmikroskopie – Wikibrief Artikel
Strahlungsdetektor – Wikipedia Artikel
Beispiel für Cryo-EM Aufnahmen und den weiteren 2D bzw 3D Klassifizierungen: Filament-bildendes Adhäsin eines Darmkrebs-assoziierten Bakteriums im Mikrobiom; Quelle: Daniel Roderer, CC BY 4.0 .
Wie sieht eine Cryo-EM Probe aus?
Vitrifizierung – Wikipedia Artikel
A: Daniel am Vitrobot beim Vitrifizieren der Probe; B: Probenträger (Grid); C: Lage des Probenträger (roter Kreis) im Vitrobot; Quelle: Wirkstoffradio CC BY 4.0
Einzelpartikel Analyse der Cryo-EM
Kontrast – Wikipedia Artikel
Elektronendichte – Wikipedia Artikel
Blotting – Wikipedia Artikel
Einzelpartikelanalyse – Wikipedia – Enzyklopädie
Projektion (Optik) – Wikipedia Artikel
Anisotropie – Wikipedia Artikel
Kryoelektronentomographie – Wikipedia Artikel
Deep Learning – Wikipedia Artikel
Wie wird bei der Cryo-EM detektiert?
Elektronenstreuung – Wikipedia Artikel
Speicherbedarf der Cryo-EM
Film – Wikipedia Artikel
Denaturierung – Wikipedia Artikel
In der Regel werden nicht nur einzelne Bilder aufgenommen, sondern kurze Filme mit 40-60 Einzelaufnahmen registriert. Jeder Film ist zwischen 300-600MB groß. Für eine komplette Messung mit ca. 4000 einzelnen Filmsequenzen resultiert ein Gesamtspeicherbedarf von etwa 2TB nur für diese Rohdaten.
Flexibilitätsproblem
Protein – Wikipedia Artikel
Elastizität (Physik) – Wikipedia Artikel
Intrinsisch ungeordnete Proteine – Wikipedia Artikel
Proteindomäne – Wikipedia Artikel
Sekundärstruktur – Wikipedia Artikel
Seitenkette – Wikipedia Artikel
Von der Einzelpartikel zur Cryotomographie Methode
Kryoelektronentomographie – Wikipedia Artikel
Electron cryotomography – Wikipedia Artikel (english)
Review zur Kryoelektronentomographie und dem „missing-wedge problem“; wissenschaftlicher Artikel (open access): Lučič V, Rigort A, Baumeister W. Cryo-electron tomography: the challenge of doing structural biology in situ. J Cell Biol. 2013 Aug 5;202(3):407-19. doi: 10.1083/jcb.201304193. PMID: 23918936; PMCID: PMC3734081
Focused Ion Beam – (FIB) Wikipedia Artikel
„FIB milling“ bedeutet, dass ein Elektronenstrahl, benutzt wird um sehr dünne Probenscheiben zu erhalten.
wissenschaftlicher Artikel (open access): Hayles MF, DE Winter DAM. An introduction to cryo-FIB-SEM cross-sectioning of frozen, hydrated Life Science samples. J Microsc. 2021 Feb;281(2):138-156. doi: 10.1111/jmi.12951. Epub 2020 Aug 24. PMID: 32737879; PMCID: PMC7891420
Cryo-EM am Campus Buch
Elektronenmikroskopie – Charité – Universitätsmedizin Berlin
Forschungszentrum für Elektronenmikroskopie (FZEM) – FU Berlin
Größenvergleich links Titan Krios (G3i ThermoFischer) rechts Wissenschaftler (Daniel); Quelle: Wirkstoffradio CC BY 4.0
Warum Filme und nicht Bilder?
Drift (Messtechnik) – Wikipedia Artikel
Elektronenstrahl – Wikipedia Artikel
Querprofil (Strahlentherapie) – Wikipedia Artikel
Daniels Forschungsprojekte
Darmschleimhaut oder Darmepithel – Wikipedia Artikel
Rezeptor (Biochemie) – Wikipedia Artikel
Strukturbiologie – Wikipedia Artikel
Nanodisc – Wikipedia Artikel (englisch)
Affinität (Chemie) – Wikipedia Artikel
In vivo – Wikipedia Artikel
Aktinfilament – DocCheck Flexikon
Actinfilament – Spektrum der Wissenschaft
Protease – Wikipedia Artikel
Signaltransduktion – Wikipedia Artikel
Signalkaskade – DocCheck Flexikon
wissenschaftlicher Artikel (open access): Roderer D, Hofnagel O, Benz R, Raunser S. Structure of a Tc holotoxin pore provides insights into the translocation mechanism. Proc Natl Acad Sci U S A. 2019 Nov 12;116(46):23083-23090. doi: 10.1073/pnas.1909821116.
Cryo-EM Dichtekarte TC Toxin in unterschiedlichen Ausführungen; Quelle: Daniel Roderer
Werdegang von Daniel
Biochemie – Wikipedia Artikel
Biologie – Wikipedia Artikel
Mikrobiologie – Wikipedia Artikel
Universität Regensburg – Wikipedia Artikel
uni-regensburg – Hompage
ETH Zürich – Wikipedia Artikel
ethz.ch – Hompage
Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie – Homepage
Prof. Dr. Stefan Raunser – Homepage
Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie – Wikipedia Artikel
mpi-dortmund.mpg.de – Homepage
DanielRoderer@FMP – Homepage
Ein kleines Haus für ein großes Mikroskop – MDC Pressemitteilung
scanning Elektronenmikroskop – Wikipedia Artikel
Focused Ion Beam oder Zweistrahlmikroskop – Wikipedia Artikel
WSR052 Die Rolle der Membran in der zellulären Signalübertragung – Interview mit Prof. Dr. Volker Haucke – link zur Episode
Exkurs Beschleunigungsspannung bei der EM
Beschleunigungsspannung – Wikipedia Artikel
Kontrast – Wikipedia Artikel
Daniels Lieblingsmolekül
Graphen – Wikipedia Artikel
Valenzstrichformel von Graphen; Quelle: Yikrazuul, Public domain, via Wikimedia Commons
Daniel beschreibt, wie der Probenträger mit Graphen beschichtet wird, um Probenpartikel besser an das Grid binden zu können.
Wir bedanken uns ganz herzlich bei Dr. Daniel Roderer für die Zeit und seine Erläuterungen zu seinem Forschungsgebiet.
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/Apple-Podcasts oder panoptikum.social.
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