Gestaltet von: Verena Linhard, Monika Linhard, Kathrin Skorodumov, Martin Hähnke, Marco Salustros, Prof. Dr. Harald Schwalbe

Goethe-Universität, Institut für Organische Chemie und Chemische Biologie, Structural Chemistry and Biology/NMR Spectroscopy

Die Installation veranschaulicht die DNA in abstrahierter Form und visualisiert eine Methode der Strukturaufklärung – die Röntgenstrukturanalyse. Mit dieser Methode der Grundlagenforschung gelang es Rosalind Franklin und anderen Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen die DNA zu entschlüsseln.

Die beweglichen Kugeln stellen die einzelnen Atome des Bio-Makromoleküls dar und besitzen eine festgelegte dreidimensionale Anordnung. Der Stoff wird, ähnlich wie bei der Verwendung der Methode der Röntgenstrukturanalyse, von Spotlights angestrahlt. Die zweidimensionalen Schattenbilder, die dabei entstehen, können interpretiert werden, um Information über die dreidimensionale Anordnung der Atome in der DNA zu erhalten.

Gestaltet von: Valentin Graf & Eike Lena Neuschulz

Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum, Interaction Ecology and Climate

Hoch oben in den Alpen trägt der Tannenhäher die Samen der Zirbelkiefer über große Entfernungen und versteckt sie als Wintervorrat im Boden. Aus einigen dieser vergessenen Depots wachsen Jahre später neue Kiefern – langsam, aber widerstandsfähig gegenüber Wind, Schnee und Kälte.

In Ihrer Forschung untersucht die Arbeitsgruppe Interaction Ecology and Climate unter der Leitung von Dr. Eike Lena Neuschulz die Wechselbeziehungen zwischen Pflanzen und Vögeln, insbesondere die Samenausbreitung der Zirbelkiefer durch den Tannenhäher in den Alpen. Besonders faszinierend sind einerseits die weiten Strecken und zahlreichen Flüge, die die Tannenhäher zurücklegen, um ihre Futterdepots anzulegen. Einen starken Kontrast dazu bilden die äußerst langsam wachsenden Kiefern, die an der Baumgrenze den harschen Klimabedingungen trotzen.

Gestaltet von: Prof. Dr. Till Stephan

Goethe-Universität, Institut für Molekulare Biowissenschaften, Super-Resolution-Mikroskopie von lebenden Zellen

Diese Aufnahme zeigt eine lebende menschliche HeLa-Zelle, dargestellt mithilfe der zweifarbigen STED-Super-Resolution-Mikroskopie. Die Mitochondrien – die Kraftwerke der Zelle – wurden mit dem Fluoreszenzfarbstoff PK Mito Orange markiert (in Rot-Orange) und in 2D mit STED-Nanoskopie abgebildet. Die hohe Auflösung offenbart die lamellenförmige Struktur der Cristae, in denen die Energieproduktion der Zelle stattfindet. In Cyan sind die Mikrotubuli sichtbar – Bestandteile des Cytoskeletts, die der Zelle Stabilität verleihen und als Transportschienen für Organellen dienen. Die STED-Mikroskopie (Stimulated Emission Depletion), mit der diese Aufnahme entstanden ist, wurde 2014 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet. Sie erlaubt es, dynamische Vorgänge in lebenden Zellen mit bisher unerreichter Präzision sichtbar zu machen.

Die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Till Stephan am Institut für Molekulare Biowissenschaften erforscht, wie die Architektur zellulärer Organellen wie Mitochondrien und endoplasmatisches Retikulum erhalten bleibt und sich flexibel verändert. Im Fokus stehen dabei auch sogenannte „Contact Sites“ – spezialisierte Membranbereiche, an denen Organellen miteinander interagieren und Stoffe austauschen.

Originalabbildung aus: Liu & Stephan et al., Dual-color live-cell STED microscopy of mitochondria and microtubules, PNAS 2022.

Gestaltet von: Prof. Dr. Jasmin Hefendehl

Goethe-Universität, Institut für Zellbiologie & Neurowissenschaften, Neurovascular Disorders

Hier sind fein verästelte Hirngefäße (blau) zu erkennen, die von Amyloid (grün) betroffen sind – direkt an den Gefäßwänden und im umliegenden Gewebe. Die intensiv rot gefärbten Astrozyten, zuständig für die Versorgung von Nervenzellen, reagieren sichtbar auf diese krankhafte Veränderung. Die Aufnahme illustriert die Gefäßschädigung bei zerebraler Amyloidangiopathie – einer Erkrankung, die häufig zusammen mit Alzheimer vorkommt.

Gestaltet von: Mathieu Preussner & Prof. Dr. Virginie Lecaudey

Goethe-Universität, Institut für Zellbiologie & Neurowissenschaften, Developmental Biology of Vertebrates

Feine, leuchtende Linien durchziehen dieses Bild: Es zeigt die Blutgefäße in den Kiemen eines Zebrafisches. Sichtbar werden sie durch ein fluoreszierendes Protein, das gezielt in sogenannte Endothelzellen eingebracht wurde – die Zellen, aus denen Blutgefäße bestehen. Mit Hilfe genetisch veränderter Zebrafische erforscht die Arbeitsgruppe Arbeitsgruppe Developmental Biology of Vertebrates unter der Leitung von Prof. Dr. Virginie Lecaudey, wie solche Gefäßsysteme entstehen. Dabei stehen vor allem die Gene im Fokus, die die Entwicklung dieser Strukturen steuern. Denn: Die Bildung von Blutgefäßen ist nicht nur ein lebenswichtiger Vorgang in gesunden Organismen, sondern spielt auch bei Krebs eine zentrale Rolle. Tumore benötigen Sauerstoff und Nährstoffe – die sie über neu gebildete Gefäße erhalten.

Der Zebrafisch ist dabei ein besonders geeignetes Modell: Seine Kiemen besitzen die erstaunliche Fähigkeit, sich nach einer Schädigung vollständig zu regenerieren – eine Fähigkeit, die dem Menschen fehlt. So erlaubt dieses Tiermodell wertvolle Einblicke in die Regeneration, die Gefäßentwicklung und die Mechanismen schwerer Erkrankungen.

Gestaltet von: Verena Linhard, Monika Linhard, Kathrin Skorodumov, Martin Hähnke, Marco Salustros, Prof. Dr. Harald Schwalbe

Goethe-Universität, Institut für Organische Chemie und Chemische Biologie, Structural Chemistry and Biology/NMR Spectroscopy 

Molekülmodell einer RNA-Struktur des viralen COVID Erregers SARS-CoV-2 / Struktur berechnet mithilfe von experimentellen Kernspin-Resonanz Daten. 3D-Druck aus Polymilchsäure

Gestaltet von: Maria Correia da Silva Melo & Prof. Dr. Henner Farin

Georg-Speyer-Haus, Experimentelle Modelle für die Mikroumgebung beim Darmkrebs

Was auf den ersten Blick wie ein fernes Universum wirkt, ist in Wirklichkeit ein Mikrokosmos menschlicher Zellarchitektur: Aus Tumorgewebe von 6 verschiedenen Patienten und Patientinnen wurden sogenannte „Organoide“ des kolorektalen Karzinoms (grün) kultiviert und mit Fibroblasten (rot) sowie Gefäßzellen (blau) kombiniert. Die so entstehenden „Assembloide“ bilden komplexe Strukturen und bilden so ein dreidimensionales Modell der Tumorumgebung im Labor nach.

Die Forschungsgruppe Experimentelle Modelle für die Mikroumgebung beim Darmkrebs unter der Leitung von Prof. Dr. Henner Farin am Georg-Speyer-Haus erforscht, wie verschiedene Zelltypen im Umfeld von Darmtumoren miteinander kommunizieren. Durch moderne Organoid-Technologie schaffen sie realistische Labormodelle, um zu verstehen, wie die Mikroumgebung den Krankheitsverlauf beeinflusst, und wie daraus personalisierte Therapien entwickelt werden können.

Gestaltet von: Prof. Dr. Denisa Bojkova, Emma Torbica, Matthias Denkewitz, Lena Stegmann

Goethe-Universität, Institut für Medizinische Virologie

Die Aufnahme zeigt eine MPox-(Affenpocken-)Infektion in menschlichen Hautzellen, auch Keratinozyten genannt. In Grün ist die Zellkernmembran markiert, in Blau der Zellkern selbst – und in Rot die virale Infektion. Besonders auffällig sind die sogenannten „Viral Factories“: blau gefärbte Strukturen im Zytoplasma, außerhalb des Zellkerns. Diese Virusfabriken sind typisch für MPox – anders als viele andere DNA-Viren vermehrt sich MPox nicht im Zellkern, sondern in diesen zytoplasmatischen Kompartimenten. Die hier sichtbare Darstellung macht die feinen Details der Virus-Wirt-Interaktion auf zellulärer Ebene sichtbar.

Am Institut für Medizinische Virologie untersucht die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Denisa Bojkova die Schnittstelle zwischen Virus und Wirtszelle. In verschiedenen zellulären Modellen mit unterschiedlicher Organspezifität analysieren sie, wie Viren menschliche Zellen infizieren und manipulieren. Darüber hinaus suchen sie gezielt nach antiviralen Wirkstoffen gegen eine Vielzahl von Erregern zu suchen.

Gestaltet von: Claudia Catapano & Prof. Dr. Mike Heilemann

Goethe-Universität, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, Single Molecule Biophysics

Tief im Inneren der Zelle existiert ein Netzwerk von unfassbarer Dynamik: das endoplasmatische Retikulum (ER). Es bildet ein verzweigtes Röhrensystem – ein zellulärer „Verkehrsknotenpunkt“, in dem Proteine hergestellt, verarbeitet und transportiert werden. In dem Bild „Zelluläre Highways“ sind winzige Proteinmoleküle zu sehen, die sich durch die Membranstruktur des ER bewegen – wie Autos auf Autobahnen. Die Linien zeigen ihre Wege, und ihre Farben verraten die Geschwindigkeit: Kühle Töne stehen für schnelles Vorankommen, warme Farben für langsames Durchqueren dichter Zellregionen. Solche Einblicke verdanken wir der Super-Resolution-Mikroskopie, einer Technologie, die die gleichnamige Arbeitsgruppe unter der Leitung von Prof. Dr. Mike Heilemann ständig weiterentwickelt. Damit wollen sie die Organisation und Dynamik biomolekularer Netzwerke in Zellen sichtbar machen und so die Grundlagen lebendiger Systeme besser verstehen.

Gestaltet von: Prof. Dr. Stefanie Kaiser

Goethe-Universität, Institut für Pharmazeutische Chemie, Massspectronomy

Die mittels Acryls auf Papier gemalte tRNA – ein zentrales Molekül der Eiweißherstellung – trägt symbolisch einen Nagel. Dieser steht für eine innovative Technologie namens NAIL-MS (Nucleic Acid Isotope Labeling coupled Mass Spectrometry), die in der Arbeitsgruppe Massspectronomy unter der Leitung von Prof. Dr. Stefanie Kaiser entwickelt wurde.

tRNA-Moleküle transportieren Aminosäuren zu den Ribosomen, wo anhand der Boten-RNA (mRNA) Proteine gebaut werden. Damit die tRNA diese Aufgabe korrekt erfüllt, wird sie im Körper an bestimmten Stellen chemisch modifiziert. Diese Modifikationen stabilisieren ihre L-förmige Struktur und sind entscheidend für ihre Funktion. Ein Ungleichgewicht – sei es zu wenig oder zu viel Modifikation – kann zu Krankheiten führen. Um solche Zusammenhänge besser zu verstehen, ermöglicht NAIL-MS die präzise Messung dieser tRNA-Modifikationen in lebenden Zellen. Das „Genageltsein“ der tRNA im Kunstwerk steht damit stellvertretend für die Fähigkeit der Methode, molekulare Prozesse mit höchster Genauigkeit „festzunageln“ und sichtbar zu machen.