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Wien (universität) - Ein ForscherInnenteam der Universität Wien und der Universität
für Bodenkultur Wien entwickelt mit Hilfe des Hochleistungsrechners Vienna Scientific Cluster (VSC) Nanomaschinen,
mit denen sich die vielfältigen Funktionen von Proteinen nachbauen lassen. Diese "bionischen Proteine"
könnten in Zukunft eine wichtige Rolle für Innovationen in der pharmazeutischen Forschung spielen. Aktuell
haben Ivan Coluzza und KollegInnen dazu einen Artikel in der renommierten Physikzeitschrift Physical Review Letters
publiziert.
Proteine sind die Grundbausteine aller bekannten Lebewesen und wegen ihrer vielfältigen und komplexen Funktionen
werden sie auch oft als "molekulare Maschinen" bezeichnet. Betrachten wir beispielsweise die Proteine
in unseren Muskeln: Bei jeder einzelnen Kontraktion verändern unzählige Proteine ihre Struktur, um die
Bewegung des Muskels hervorzurufen. Dieser außergewöhnliche Prozess wird von Molekülen durchgeführt,
welche eine Größe von etwa einem Nanometer, also einem Milliardstel Meter haben. Muskelkontraktion ist
jedoch nur eine von zahlreichen Aufgaben, die Proteine erfüllen: Es gibt Proteine, welche Substanzen in und
aus Zellen transportieren, Proteine, welche andere Proteine bauen oder einfangen, und Proteine, welche chemische
Reaktionen beschleunigen, um einige wenige Beispiele zu nennen. "Von den faszinierenden Eigenschaften der
Proteinen inspiriert, haben wir uns zum Ziel gesetzt, Nanomaschinen zu entwerfen und zu bauen, die nach analogen
Prinzipien funktionieren und ähnliche Aufgaben verrichten können", erklärt Ivan Coluzza, Post-doc
an der Computergestützten Physik der Universität Wien, das Forschungsprojekt.
Vienna Scientific Cluster (VSC) berechnet Nanomaschinen
Im Rahmen eines langfristigen Forschungsprogramms sind Ivan Coluzza und Kollegen von der Computergestützten
Physik an der Fakultät für Physik der Universität Wien sowie dem Institut für Biologisch-inspirierte
Materialien der Universität für Bodenkultur Wien den geplanten Nanomaschinen einen wichtigen Schritt
näher gekommen. Das Team konnte mit Hilfe von Computersimulationen zeigen, dass sich in dem von ihnen entwickelten
physikalischen Modell Partikelstränge spontan zu bestimmten dreidimensionalen Strukturen falten und sogar
Knoten bilden können. Die numerisch äußerst aufwendigen Berechnungen gelangen nur durch Einsatz
des Vienna Scientific Clusters (VSC), einem von der Universität Wien, der Technischen Universität Wien
und der Universität für Bodenkultur Wien gemeinsam betriebenen Hochleistungsrechner.
Künstliche Proteine aus dem Labor
Die Wiener ForscherInnen arbeiten nun an der Umsetzung ihrer theoretischen Ergebnisse, d.h. sie versuchen,
künstliche Materialien mit Funktionen wie Proteine im Labor vom Institut für Biologisch-inspirierte Materialien
zu realisieren. Dazu sollen spezifisch funktionalisierte Nanopartikel in einer am Computer ermittelten Sequenz
zu Ketten verbunden werden, welche sich dann analog zu Proteinen zu den gewünschten Formen verknoten. Solche
neuartige bio-mimetische Nanostrukturen könnten technologisch eingesetzt werden, zum Beispiel als Träger
für Drug-Delivery-Systeme oder als enzymartige Katalysatoren.
Das Projekt wurde vom Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) im Rahmen des SFB "Vienna
Computational Materials Laboratory" (ViCoM) unterstützt.
Publikation in Physical Review Letters
Sequence Controlled Self-Knotting Colloidal Patchy Polymers: Ivan Coluzza, Peter D. J. van Oostrum, Barbara Capone,
Erik Reimhult and Christoph Dellago.11. Februar 2013.
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