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Frauke Gräter: Chinesisch sprechen und an Seide forschen
Das Forschungsgebiet von Frauke Gräter bewegt sich an den Grenzen von Chemie, Biologie und Physik: Sie möchte verstehen, wie mechanische Kräfte komplexe, biologische Prozesse steuern. Die 14-köpfige, interdisziplinäre Arbeitsgruppe der jungen Chemikerin betritt mit ihren Fragestellungen noch recht unerforschtes Terrain: Welchen Effek t auf die Blutgerinnung hat die Scherkraft im Blutkreislauf? Welches molekulare Geheimnis macht die Seidenfaser elastisch und gleichzeitig reißfest? Computermodelle und eine enge Kooperation mit dem Partnerinstitut in Shanghai helfen bei der Beantwortung dieser Fragen.
Der fehlerfreie Austausch von Informationen ist für das Funktionieren von Leben unerlässlich – innerhalb wie außerhalb der Zelle. Der Signalaustausch in der Zelle funktioniert mit erstaunlicher Präzision."Dafür sind nicht nur Biomoleküle verantwortlich", sagt Gräter. „Auch mechanische Kräfte beeinflussen biologische Prozesse,“ erklärt die neue Leiterin der Forschungsgruppe „Molecular Biomechanics“ am EML Research, einem privaten Forschungsinstitut in Heidelberg.
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Von-Willebrand-Faktor lässt Blut gerinnen
Im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Forschungsprojekts untersucht sie, wie äußere Kräfte mitwirken, dass eine Ader nach einer Verletzung wieder geflickt wird. Der Von-Willebrand-Faktor, ein wichtiges Eiweiß für die Blutgerinnung, spielt dabei die zentrale Rolle. Doch wie registriert der Faktor, ob ein Gefäß verletzt ist oder nicht? „Eine Verletzung vergrößert die Scherkraft im Blutgefäß“, erläutert die 32-jährige Chemikerin. Das Blutgefäß wird also verformt. „Dadurch wird eine Bindungsstelle am Von-Willebrand-Faktor freigelegt, an den Proteine und Blutplättchen binden und so zur Blutstillung beitragen.“ Dieser raffinierte Mechanismus erlaubt dem Körper, schnell auf Wunden zu reagieren.
Eine Kraftverteilungsanalyse wie zum Beispiel bei der Entwicklung von Autofelgen üblich (links) ist ist nun auch auf molekularer Ebene möglich, hier an der kristallinen Phase von Seidenproteinen (rechts).Quelle: Frauke Gräter
„Diese Erkenntnis konnten wir durch molekulare Simulation am Computer bestätigen und unsere Voraussagen in realen Experimenten unserer Kollaborationspartner erfolgreich testen“, erklärt Frauke Gräter. Die rechnergestützten Methoden erlauben erstmalig, die Kräfteverteilung im Nanometermaßstab zu bestimmen – in Zukunft könnten die so gewonnenen Erkenntnisse zur Diagnostik und Therapie von vererbbaren Bluterkrankheiten eingesetzt werden.
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Das Geheimnis der Seidenstruktur lüften
Ein weiteres Vorhaben von Gräters Forschungsgruppe, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt wird, befasst sich mit der Eigenheit der Seide. „Wir analysierten den nanoskaligen Aufbau der Seide und können nun erklären, warum das Naturprodukt des Seidenspinners herausragende elastische Eigenschaften besitzt und dennoch reißfest ist,“ sagt Gräter. Das Geheimnis der schimmernden Textilfaser liegt in ihrer molekularen Struktur, die Gräter und ihre Kollegen am Computer modelliert haben. Im Seidenfaden wechseln sich geordnete, kristalline Strukturen mit verformbaren Phasen ab. „Dies verleiht der Seide ihre unverwechselbaren Eigenschaften“, erklärt Gräter. Zukünftig könnten solche Kenntnisse für die Herstellung von Polymerfasern verwendet werden, so die Hoffnung.
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Von China in den Bann gezogen
Seide ist ein uralter Werkstoff, der zum ersten Mal in China genutzt wurde. Das Seidenprojekt ist nicht die erste Berührung der Wissenschaftlerin mit der chinesischen Welt. „Während meiner Doktorarbeit war ich nicht nur am Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen tätig – ich forschte auch zwei Jahre lang am Shanghai Institute of Materia Medica,“ erzählt die gebürtige Holzminderin. Sie war unter 300 Mitarbeitern die einzige ausländische Mitarbeiterin und lernte deshalb, alltagstaugliches Chinesisch zu sprechen. Das Leben im lauten, stickigen und engen Shanghai mit seinen 19 Millionen Einwohnern hat sie in den Bann gezogen. „Obwohl ich aus einem 80-Seelen-Dorf komme, ist mir das quirlige Shanghai sehr ans Herz gewachsen,“ verrät Gräter und lächelt bei der Erinnerung an den Forschungsaufenthalt im Fernen Osten.
Nach ihrer Promotion ging die Chemiker als Nachwuchswissenschaftler an das Göttinger Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie zurück und entschied sich schon bald darauf, die Forschung in einer anderen Millionenstadt, nämlich New York, fortzusetzen. Im Jahre 2007 – mit gerade einmal 30 Jahren – bekam Gräter ihre erste Stelle als Junior-Forschungsgruppenleiter an dem chinesischen Partnerinstitut für computergestützte Biologie in Shanghai. Dort arbeitete sie in enger Kooperation mit der Universität Heidelberg im Rahmen des Bioquant-Forschungsnetzwerks zusammen. Das Bioquant-Systembiologiezentrum der Universität Heidelberg wird vom BMBF im Rahmen der Systembiologie-Initiative FORSYS unterstützt (mehr...).
Seit Juli 2009 ist Gräter nun frisch gebackene Leiterin der Forschungsgruppe „Molecular Biomechanics“ am EML Research, einem privaten Forschungsinstitut für Grundlagenforschung in der angewandten Informatik. Von China will sie aber nicht loslassen, deshalb setzt Frauke Gräter auch weiterhin auf die enge Kooperation mit dem chinesischen Partnerinstitut.
Autorin: Andrea van Bergen
