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Professor Erich Krautz-Preisträger 2016: Bernhard Fichtl


Dr. Bernhard Fichtl

Bernhard Fichtl's preisgekrönte Dissertation ist von der Idee inspiriert, dass biologische Grenzschichten, wie zum Beispiel Zellmembranen, die das Grundgerüst allen Lebens bilden, weit mehr sind als semipermeable Barrieren: Sie stellen ein unabhängiges thermodynamisches System dar, das auf Störungen seiner Umgebung mit statischen und dynamischen Zustandsänderungen reagiert. Da ein Großteil der Enzyme in der Natur nicht frei vorliegt, sondern in die Membranen eingebettet ist, stellt sich die Frage, welche Rolle die physikalischen Eigenschaften dieser Grenzflächen für die biochemischen Prozesse der Zelle und damit für das Leben selbst spielen.

In der Arbeit werden die dynamischen Eigenschaften von Lipidmonolagen, welche ein einfaches Membranmodell bilden, analysiert. Dabei wird zum ersten Mal gezeigt, dass mit einer lokalen pH-Erniedrigung propagierende akustische Pulse in Monoschichten erregt werden können. Die Pulse breiten sich mit einer Geschwindigkeit ca. 1 m/s aus und modulieren gleichzeitig alle Variablen der Grenzschicht. So sind die Pulse nicht rein mechanisch, sondern verändern simultan das Oberflächenpotential und den pH-Wert an der Grenzfläche. Weiterhin wird mittels einer lokalen Temperaturänderung illustriert, dass prinzipiell jede Variable der Grenzschicht zur Anregung von Pulsen verwendet werden kann. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wird ein neues Modell der Zellkommunikation vorgeschlagen, das auf der Erregung und Ausbreitung von akustischen Pulsen basiert. Anhand der Enzyme Acetylcholinesterase und Phospholipase A2 wird nachgewiesen, dass die Pulse die Funktion von Proteinen (hier die Katalyse) in der Grenzschicht signifikant beeinflussen und somit für die Signaltransduktion in natürlichen Systemen in Frage kommen.

Referenzen:
B. Fichtl et al., Sci Rep. 6, 22874 (2016)
B. Fichtl et al., Langmuir 34(16), 4914-4919 (2018)