random bits of science


12
Apr 11

Works with proteins, too

Remember the superimposed Eiffel tower? I liked how the people and the not-quite-matching lines from the different shots made the pictures so dynamic. And you can do something similar with protein structures — use multiple superimposed structures of the same protein (or very similar) to show which regions are flexible, and which are more constrained or rigid:
Erinnert Ihr Euch an die übereinandergelegten Bilder vom Eiffelturm? Ich fand es toll, wie die Menschen und die nicht-ganz-zusammenpassenden Linien, die in einigen, aber nicht in allen Aufnahmen vorkamen, die kombinierten Bilder so dynamisch machten. Mit Proteinstrukturen kann man etwas ähnliches machen — durch mehrere übereinandergelegte Strukturen des gleichen Proteins (oder auch sehr ähnlicher Proteine) zeigen, welche Bereiche flexibel sind, und welche in ihrer Beweglichkeit eingeschränkt sind:

All states of PDB:2l28

This structure was solved by NMR, which often directly provides multiple structures (or conformations) of a protein. The colors range from blue at the N-terminus (“beginning”) to red at the C-terminus (“end”) — nitrogen is usually shown in blue in molecular models, and oxygen (in the COOH group at the C-terminus) in red. This coloring makes it easier to associate parts of the sequence with the corresponding element of the structure; however it doesn’t reveal the chemical properties of the individual amino acids. The picture was created with PyMol.
Diese Struktur wurde mit NMR oder Kernspinresonanzspektroskopie gelöst, wodurch man oft gleich mehrere Strukturen, oder Konformationen, des Proteins bekommt. Die Farben gehen von blau am N-Terminus (“Anfang”) in rot am C-Terminus (“Ende”) über — Stickstoff (N) wird üblicherweise in Molekülstrukturen blau dargestellt und Sauerstoff (O, in der COOH-Gruppe am C-Terminus) rot. Mit dieser Einfärbung kann man Teile der Sequenz leicht den entsprechenden Teilen der Struktur zuordnen, allerdings gibt sie keine Informationen über die chemischen Eigenschaften der einzelnen Aminosäuren. Das Bild habe ich mit PyMol gemacht.


10
Feb 11

I got it all wrong

After my butterfly identification guesswork I emailed the Mainau staff to ask if they could help me. They kindly did, informing me that I had photographed Heliconius butterflies:
Nach meinem fröhlichen Schmetterlingsraten schrieb ich an die Mitarbeiter in Mainau, um zu fragen, ob sie mir bei der Identifikation behilflich sein könnten. Sie waren so nett, und nun weiß ich, dass ich Heliconius- oder Passionsblumenfalter fotografiert habe:

Heliconius another Postman (Heliconius) butterfly

Thanks to Wikipedia I also learned that Heliconius butterflies present an interesting example of convergent evolution — there are several poisonous subspecies, and their wings have similar warning patterns in local populations across subspecies, but different patterns between geographic regions (here’s a map). This is also called Müllerian mimicry (although there is some discussion as to whether this really is mimicry, because neither species is harmless). The advantage is that predators learn from both species to avoid this pattern. Cool, huh?
Dank Wikipedia habe ich dann auch gelernt, dass Passionsblumenfalter ein interessantes Beispiel für konvergente Evolution sind — es gibt verschiedene giftige Unterarten, und sie haben in lokalen Populationen die gleichen Warnmuster auf den Flügeln, unterscheiden sich aber zwischen verschiedenen geographischen Regionen (hier eine Karte). Das nennt sich auch Müllersche Mimikry (obwohl diskutiert wird, ob das wirklich Mimikry ist, weil ja keine der beiden Arten harmlos ist) — der Vorteil ist, dass Räuber von beiden Arten lernen, Schmetterlinge mit diesem Muster zu meiden. Faszinierend, nicht?


4
Oct 10

Impact

One of the experiences that made the Lindau meeting so encouraging for me were those scientists that could tell us about their discoveries, but also about subsequent studies (from their own labs or others) and how their findings eventually affected the lives of many people. It is interesting to note here that, in Alfred Nobel’s will, the prize is designated for the person that has made the most important discovery or invention in the previous year. Nowadays, the prize is usually given years, if not decades after the original research has been published, perhaps so that long-term effects of the findings have manifested themselves.
Eine der Erfahrungen, die das Lindau-Treffen für mich so ermutigend machten, waren die Vorträge, in denen die preisgekrönte Entdeckung, aber auch nachfolgende Studien (aus der gleichen oder anderen Arbeitsgruppen) präsentiert wurden, und wie diese Arbeit letztendlich die Leben vieler Menschen beeinflusst hat. Dabei ist es interessant zu wissen, dass im ursprünglichen Testament von Alfred Nobel der- oder diejenige ausgezeichnet werden sollte, die im vergangenen Jahr die wichtigste Entdeckung oder Erfindung gemacht hatte. Heutzutage vergehen meist Jahre, wenn nicht Jahrzehnte zwischen Forschungsarbeit und Preisverleihung, vielleicht damit die langfristigen Folgen erkennbar werden können.

Aaron Ciechanover, for example, studied protein degradation and discovered the proteasome, which is essentially the cell’s recycling factory — it chops apart proteins that are no longer needed, so that their components, the amino acids, can be re-used for making new proteins. A basic process that, as he told us, wasn’t considered to be very interesting at the time. Yet it turned out to be crucial for a cell’s proper functioning. Moreover, molecules to inhibit the proteasome have been developed, which help treat certain kinds of cancers.
Aaron Ciechanover beispielsweise untersuchte Proteinabbau und entdeckte dabei das Proteasom, was im wesentlichen die Recycling-Einheit der Zelle ist — es zerschneidet Proteine, die nicht mehr benötigt werden, damit ihre Bausteine, die Aminosäuren, für den Aufbau neuer Proteine verwendet werden können. Ein grundlegender Prozess, der damals als nicht besonders interessant galt, wie er uns erzählte. Und dennoch stellte sich diese Funktion als essentiell für das Leben einer Zelle heraus. Später wurden Moleküle entwickelt, die die Aktivität des Proteasoms hemmen, wodurch sich bestimmte Krebsarten behandeln lassen.

Françoise Barré-Sinoussi, whose work helped reveal HIV as the cause of AIDS, was often approached by newly diagnosed patients. In the early years after the discovery of the virus, the only honest answer she could give them was that there were no drugs available yet, and advised them to find other patients and build support networks. After she got the Nobel prize, several of these patients wrote her, letting her know that they were still around, and that the support networks had been very helpful. She said that these letters had been more important for her than the prize itself.
Françoise Barré-Sinoussi, deren Arbeit zur Entdeckung von HIV als Ursache von AIDS beitrug, wurde häufig von Patienten angesprochen, bei denen die Krankheit gerade diagnostiziert worden war. In den ersten Jahren nach Entdeckung des Virus war die einzig ehrliche Antwort, die sie ihnen geben konnte, dass es noch keine Medikamente gebe, und riet ihnen, Kontakt zu anderen Patienten aufzunehmen und sich ein Netzwerk aufzubauen. Nachdem sie den Nobelpreis bekam, schrieben ihr mehrere dieser Patienten und bedankten sich für ihre Unterstützung. Sie erzählte uns, dass diese Briefe ihr mehr bedeuteten als der Preis selbst.

Today, the committee in Stockholm announced that Robert Edwards will receive the Nobel prize for the development of in vitro fertilization (IVF). This involves removing eggs from the ovaries, fertilizing them outside the body (hence in vitro) and later transferring the embryo(s) to the uterus, hoping that it (they) will implant and grow into a healthy baby. Edwards’ research has certainly affected the lives of many people; indeed, without IVF many children of infertile couples would never have been born. Like many (all?) scientific developments, IVF is not a magic bullet, but much following research has improved chances of success from 5% in the 1980 to around 30% or even more, depending on which sources you trust. That’s a lot of hope for someone who previously would have been told to have no hope — and this, perhaps, is the greatest impact of all.
Heute hat das Kommittee in Stockholm angekündigt, dass Robert Edwards den Nobelpreis für die Entwicklung von in vitro-Fertilisation (IVF) bekommen wird. Dabei werden Eizellen entnommen, außerhalb des Körpers befruchtet (daher in vitro), und der Embryo / die Embryos werden zurück in die Gebärmutter transferiert, in der Hoffnung, dass sie sich dort einnisten und zu einem gesunden Baby heranwachsen. Edwards’ Forschung hat definitiv die Leben vieler Menschen beeinflusst — ohne IVF wären viele Kinder von unfruchtbaren Paaren nie zur Welt gekommen. Wie viele (alle?) wissenschaftlichen Entwicklungen ist auch IVF kein Allheilmittel, aber durch viel nachfolgende Forschung sind die Erfolgschancen von 5% in den 1980er Jahren auf fast 30% oder sogar noch mehr gestiegen, je nachdem, welchen Quellen man glaubt. Das ist viel Hoffnung für jemandem, dem man vorher keine Hoffnungen gemacht hätte — und das ist vielleicht der größte Einfluss überhaupt.