38. Jahrgang September 2015 2 Biomedizin Mikroskopie & Imaging Biotechnologie Bioinformatik MIT DREI CLICKS NACH NEW YORK! • Für den Newsletter registrieren auf www.git-labor.de/user/register • Anmelden mit minimaler Datenabfrage • Zu Ihrer Sicherheit: Double-Opt-in Anmelde-E-Mail bestätigen © Joshua Haviv - Fotolia.com … und mit etwas Glück eine Reise nach New York, die Heimatstadt von Wiley, gewinnen! Registrieren Sie sich jetzt für unsere Newsletter und unterstützen Sie unsere Datenschutzinitiative! Unter allen Teilnehmern verlosen wir einen Reisegutschein für eine 5-tägige Reise nach New York im Wert von gesamt 2.500 EUR. Noch nie war es so einfach nach New York zu kommen! *Teilnehmen kann jeder Newsletter-Leser über 18, ausgenommen Mitarbeiter von Wiley-VCH und deren Angehörige. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen. Teilnahmeschluss ist der 31. Oktober 2015. Eine Barauszahlung ist nicht möglich. Ihre Daten werden nicht an Dritte weitergegeben. Die Abmeldung vom Newsletter ist jederzeit möglich. ◼◼◼ Editorial ◼◼◼◼ © Henry Schmitt - Fotolia.com Was ist Bio? Für manche Menschen sind Bio- und Öko- Präfixe für eine (angeblich) nachhaltige Herstellung von Produkten. Für andere sind sie Schimpfworte. Ist Bio- ein Präfix vor –Technologie kehren sich die Verhältnisse um: Für die, die Bio- vor anderen Worten als heilsbringend befinden, ist Bio- vor –Technologie Bähbäh und für die anderen heilsbringend. Warum ist das so? Meiner Meinung nach hat dies viel mit Emotionen und enttäuschten Erwartungen zu tun. Als die Biotechnologie in den 90er Jahren an Bedeutung gewann, machten sich die Menschen, geschürt durch zahllose Utopien aus der Presse, große Hoffnungen darauf, dass die Welt sich schnell zum besseren ändern würde. Mehr Menschen sollten ernährt werden können, die Medizin sollte wahre Revolutionen sowohl in der Wirksamkeit und Verträglichkeit als auch im Preis und der Verfügbarkeit erleben, nebenbei sollten dadurch enorme Gewinne erzielt – , und auch noch die Umwelt saniert werden können. Zusammen mit anderen jungen Branchen, wie der IT-, Multimedia-, und Telekommunikationsbranche wurde im Jahr 1997 ein eigener Aktienindex an der Deutschen Börse in Frankfurt eingerichtet, der sogenannte NEMAX (Neuer Markt Index). Die Gier der Investoren war unermesslich, es wurde geschummelt und betrogen, die Aktien erlebten Höhenflüge, die in keinster Weise durch Gewinne gedeckt waren. 1999 wurde aufgrund der rasant steigenden Aktienwerte der NEMAX 50 aus den am stärksten gelisteteten 50 Aktientiteln des NEMAX gebildet. Der NEMAX 50 erreichte am 10. März 2000 mit 9600 seinen höchsten Wert aller Zeiten, einen Wert, den der DAX als Index der 30 stärksten deutschen Unternehmensaktien erst Anfang 2014 erreichte. Am 8 Oktober 2002 stand der NEMAX bei 318 Punkten (kein Witz). Das dies insbesondere bei denen, die aufgrund der Heilsversprechungen in solche Aktien investiert hatten, keine guten Erinnerungen weckt (-96 %) ist nachvollziehbar. Große Fortschritte wurden zwar in der Medizin erzielt, sie kommen allerdings nur schleppend zum Einsatz und stehen auch in Deutschland mit seinem vorbildlichen Gesundheitswesen, nicht allen Menschen zur Verfügung. Tatsächlich revolutionierte die Biotechnologie bis heute nichts (ausser evtl. der Waschmittelproduktion) aber evolvierte viel. Wie sieht es mit Bio- vor anderen Worten aus? Im Lebensmittelbereich zeichnet sich ebenfalls ab, dass die Erwartungen, die von den Profiteuren stark geschürt wurden, nicht gehalten werden können. Auch das Image der Umstellung auf angeblich ressourcenschonende Energieproduktion hat stark gelitten. Obwohl Elektroautos in vielen Medien ihren Strom aus der Steckdose bekommen und die Umweltschäden bei der Batterieherstellung, das höhere Gewicht der Fahrzeuge und die geringere Fahrleistung pro hergestelltem Fahrzeug (70 % der Energie werden bei Autos bei der Herstellung und nicht im Betrieb benötigt) lieber nicht thematisiert werden. Obwohl sowohl Windenergie, Wasserenergie und Solarenergie gefördert und hochgelobt werden, obwohl sie mehr Energie verbrauchen als zu produzieren scheinen, hat das Image von Bio- gelitten. Was können wir als Biologen z. B. hier beim BIOforum für unser Image tun? Am besten wir beteiligen uns mehr am halten als am Versprechen. Nur durch gründliche, qualitativ hochwertige und nachvollziehbare Arbeit, ob an der Laborbank oder am Schreibtisch kann das erreicht werden. Um unseren Anteil dabei zu leisten, haben wir auch diesmal wieder wertvolle wissenschaftliche Beiträge zusammengestellt, die Ihnen einen Überblick über das Geschehen in der deutschen und internationalen Biologie zu geben. Keine Heilsversprechen, eher robuste Arbeit. Biologe kommt von bios (Leben) und logos (Sinn, Vernunft). Dr. Arne Kusserow Chefredakteur BIOforum 2/2015 ◼ 3 © Giovanni Cancemi – Fotolia.com ◼ ◼ ◼ ◼ Inh a l t ◼ ◼ ◼ EDITORIAL BIOMEDIZIN Bakterien gegen Krebs Was ist Bio? Dr. A. Kusserow BIOTECHNOLOGIE 3 Ein Chip mit Herz Die Wiederbelebung eines alten Konzepts Dr. S. Weiss und S. Felgner 10 Dr.-Ing. F. Sonntag MAGAZIN Das intelligente Labor der Zukunft Prozessoptimierung durch die Implementierung von Prinzipien des LEAN Management Dipl.-Phys. M. Bott 5 Biologische Nanotubes verbinden Zellen im Körper Dr. T. Kögel 7 13 Automatisierte Nukleinsäureaufreinigung T. Lopez 4 ◼ BIOforum 2/2015 8 Große Datenmengen strukturieren, analysieren und nutzen Dr. J .Wirth Tiefere Einblicke in die molekulare Architektur meiotischer Chromosomen 16 Detektion von Birkenpollenallergenen in der Luft Warum sich Automation schon bei mittlerem Durchsatz lohnt Goldgrube Big Scientific Data 24 Hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie K. Schücker et al. TITELSTORY 21 BIOINFORMATIK Transportwege für HIV und Krebs MIKROSKOPIE & IMAGING NACHRICHTEN Kompakte Plattform für anspruchsvolle Perfusionszellkulturen Machbarkeitsstudie Dipl.-Chem. C. Schuhmacher et al. 18 PRODUKTE Produkte27 Buyers Guide 29 Index/Impressum U3 ◼◼◼ Magazin ◼◼◼◼ Das intelligente Labor der Zukunft Prozessoptimierung durch die Implementierung von Prinzipien des LEAN Management Abb.1: Analyse der Wertschöpfungskette. Laborprozesse sind heute eingebettet in ein hoch komplexes System aus Regularien, Probenlogistik und Dokumentationspflichten. Das Verständnis von Laborprozessen und deren Beschreibung hat sich hingegen in den letzten Jahrzehnten kaum verändert. Menschenlesbaren Protokollen manueller Laborprozesse mangelt es häufig an essentiellen Meta-Informationen zu Proben, Laborinfrastruktur und Materialien. Hierzu zählen beispielsweise Zustandsinformationen wie Temperatur, Materialbeschaffenheit, Qualität aber auch Prozessinformation wie kompatible Labware, Liquidklassen und geeignete Prozessinfrastruktur. Infolgedessen fehlen belastbare Kennzahlen und Werkzeuge für die Analyse, Bewertung sowie Strukturierung der Prozesse. Ein Transfer manueller Prozesse auf eine automatisierte Durchführung erscheint dem Nutzer vor diesem Hintergrund häufig wie ein Vabanquespiel. Moderne LIMS Systeme bleiben derzeit häufig isolierte Insellösungen für hochstandardisierte Prozesse, da obligatorische Meta-Information fehlt oder nicht hinreichend vernetzt ist. LEAN Management und Prozessoptimierung im Labor Basierend auf der langjährigen Erfahrung des Fraunhofer IPA im Bereich Logistik und Wertschöpfungsnetze wollen wir Ansätze aufzeigen wie Erfahrung aus LEAN Management und Prozessoptimierung im Labor zum Einsatz kommen kann. LEAN Management (dt.: schlank), als Methode Wertschöpfungsnetzte zu analysieren und in ihrer Gesamtheit effizienter zu gestalten, hat das produzierende Gewerbe in den letzten beiden Dekaden massiv verändert. Die Leistungsfähigkeit und Effizienz von Laboren ist unbestritten ein wesentlicher Erfolgsfaktor für viele Unternehmen und Forschungseinrichtungen der LifeSciences. Als zentrale „Daten“-Fabrik im Unternehmen ist ihre strategische Bedeutung enorm. Umso erstaunlicher ist daher, dass Forschungs-, Analytik- und QM-Labore häufig als losgelöster Kostenfaktor neben der produktiven Wertschöpfungskette des Unternehmens betrachtet werden. Optimierung findet meist nur dezidiert an herausgelösten Elementen des Laborprozess (Probenlogistik, Paperless Lab, Prozessautomatisierung, Maintenance) statt. Eine eingehende Betrachtung des zu Grunde liegenden Wertschöpfungsnetzes sowie der damit assoziierten Prozesse kann jedoch helfen, die überaus komplexen Abläufe im Labor zu strukturieren, zu optimieren und Risiken zu erkennen. Als Integrator und Forschungspartner im Bereich Laborautomatisierung hat das Fraunhofer IPA gemeinsam mit den hauseigenen Experten für Logistik und Wertschöpfungsnetze analysiert, wie derartige Logistik- und Prozesslösungen im Labor realisiert werden können. Die spezifischen Anforderungen des Laborumfelds und der betroffenen Stakeholder bilden den Rahmen der Analyse. Die Erfahrung zeigt, dass die punktweise Implementierung von Insellösungen für Einzelprozesse häufig nicht die Erwartung des Kunden erfüllt und die erhoffte Effizienzsteigerung nicht erzielt werden kann. Analyse der Wertschöpfungskette Zentrale Bausteine des Labors wie Warenhaussysteme, Probentracking und Prozessautomatisierung sollten stets entlang der zu Grunde liegenden Wertschöpfungskette analysiert werden. Kenntnis und Quantifizierung von Prozesskenngrößen im Labor (key performance indicator) sowie die Analyse von organisatorischen Abläufen sind hierbei zentrale Elemente. Es wurden vier zentrale Bereiche identifiziert, die in Abbildung 1 zusammengefasst sind. Neben klassischen Logistikthemen wie Sampletracking und Bestellsystemen für Verbrauchsgüter gilt es die Auslastung und Nutzung von Ressourcen (Personal, Geräte, Lager) zu betrachten. Wir wollen im Folgenden aufzeigen, welche Lösungen im Bereich Proben- und Prozesslogistik bereits zum Einsatz kommen und wie der LifeScience-Sektor von Entwicklungen in anderen Industriezweigen profitieren kann. Die lückenlose Rückverfolgbarkeit von Proben mittels Barcodes ist weitgehend Standard in modernen Laboren. Lagerung, Biobanking, Prozessierung und Datenerfassung werden meist in laborspezifischen DatenmanagementsysteBIOforum 2/2015 ◼ 5 ◼◼◼◼ Magazin ◼◼◼ Abb.2: LEAN Management und Prozessoptimierung im Labor. men erfasst und dokumentiert. NearfieldSysteme wie RFID erobern langsam den Markt und erweitern das Spektrum im Bereich Usability und Handling. Genannten Systemen ist gemein, dass nicht der Status der Probe getrackt wird, sondern vielmehr eine Abfolge von Orten sowie Prozessen. Temperatur oder Zustand der Probe (z.B. die Vitalität von Zellen) werden somit nicht kontinuierlich überwacht, obwohl die Kühlkette als prozesskritisch angesehen werden muss. Geeignete Lösungen sind in Form von samplespezifischen RFID-Temperaturloggern kommerziell verfügbar (z.B. Agillox GmbH). Deren Verbreitung ist derzeit jedoch noch sehr begrenzt. Die Integration von Sensoren in den Sampleträger (z.B. Cryovial, MTP) oder aber auch Disposable eröffnet darüber hinaus weitere interessante Möglichkeiten für Steuerung und Controlling im Labor. Mittels intelligenter Probenträger kann beispielsweise flexibel und günstig den Anforderungen einer personalisierten Produktion oder Prozessierung genüge getan werden. So könnten die regulatorischen Anforderungen sowie dokumentarischen Pflichten dezentral durch einen intelligenten Probenträger übernommen werden. Dieser hält darüber hinaus einen virtuellen Laufzettel bereit, welcher Prozess- und Analyseschritte für die entsprechende Probe spezifiziert. Im produzierenden Gewerbe konnte durch derartige Lösungen, beispielsweise Losgröße 1 in der Herstellung von Sondermotoren, deutliche Effizienzgewinne erzielt werden. Die Verknüpfung der automatisierten Infrastruktur sowie intelligenten Probenträger zu sogenannten Cyber-physikalischen Systemen könnte einen tiefgreifenden Wandel im Bereich Laborautomatisierung und Bioproduktion einleiten. Diese unter dem Schlagwort Industrie 4.0 6 ◼ BIOforum 2/2015 gefasste Technologiewende könnte insbesondere personalisierte Ansätze wie die Produktion von Zelltherapeutika entscheidend vorantreiben. Beispiel Laborlogistik Ein zweites Beispiel aus der Laborlogistik stellt die Verwaltung von klassischen CTeilen dar. Als C-Teile gelten solche Güter und Ressourcen im Prozess, die günstig sind und nur einen geringen wertschöpfenden Beitrag zur Prozesskette beitragen. Dennoch ist deren Bereitstellung und Verfügbarkeit (z.B. Laborhandschuhe, Pipettenspitzen, Autoklavierbeutel) essentiell für den geregelten Laborablauf und kann im Störfall zu enormen Kosten führen. Die sichere Bereitstellung und Lagerhaltung dieser Ressourcen stellt in vielen Laboren ein stetes und kostenintensives Ärgernis dar. Erste automatische Bestellsysteme für hochpreisige biologische Kit-Komponenten finden im Screening Anwendung (z.B. Roche) und offerieren bedarfsgerechte Lieferung just-in-time. Eine Erweiterung auf ein umfassendes Sortiment an Materialien und Reagenzien erscheint jedoch angesichts der Vielzahl von verschiedenen Komponenten zwingend angeraten. Mögliche technische Lösungen kann man bereits heute beim Marktführer für C-Teile Management finden (z.B. iBin, RFID Kanban von Würth). Die Einbringungen von intelligenten technischen Lösungen wie exemplarisch aufgezeigt kann das hochqualifizierte Laborpersonal entlasten und bei der Durchführung von Regelprozessen unterstützen. So ist beispielweise bereits heute denkbar über SiLA (Standardization in Lab Automation) die Wartungszyklen von Geräten und diverser Infrastruktur besser zu verwalten. Die Standardisierung und Modularisie- rung von biochemischen Protokollen erlaubt weitreichende Synergieeffekte und Spezialisierung der Labore. Eine Umsetzung bedarf stets Experten aus den Bereichen IT, Automatisierung und LEAN sowie die verschiedenen Stakeholder im Labor – von der Leitung, über die TA zu Controlling und Einkauf. Eine mögliche Roadmap wie Bedarf und ideale Umsetzung für ein spezifisches Labor ermittelt werden können, ist in Abbildung 2 schematisch dargestellt. Wir sind davon überzeugt, dass LifeScience Labore durch das Zusammenspiel organisatorischer sowie technischer Lösungen deutlich effizienter gestaltet werden können. Das Fraunhofer IPA bietet für den gesamten Workflow eines LEAN Lab kundenspezifische Lösungen und unterstützt bei Implementierung sowie technischer Entwicklung. Autoren Mario Bott, Oliver Schöllhammer, Jessica Kopf, Andreas Traube, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart Kontakt Dipl.-Phys. Mario Bott Fraunhofer IPA Abteilung für Laborautomatisierung Stuttgart [email protected] Dr. Florian Hauer labfolder GmbH Berlin [email protected] www.labfolder.com Mehr Information zum smartLAB: http://bit.ly/smartLAB ◼ ◼ ◼ N a ch r i ch t en ◼ ◼ ◼ ◼ Ursprung komplexen Lebens Bakterien verblüffen uns mit ihren Überlebensstrategien immer wieder aufs Neue. Wissenschaftler am Biozentrum der Universität Basel haben nun herausgefunden, wie Bakterien sich mithilfe eines sogenannten FIC-Toxins in einen Schlafzustand versetzen können. In der Zeitschrift Cell Reports zeigen die Forscher den genauen Wirkmechanismus und erklären, wieso ihre Entdeckung neue Einblicke in die Evolution von Krankheitserregern gibt. https://www.unibas.ch/de/Aktuell/News/Uni-Research/ FIC-Proteine-versetzen-Bakterien-in-den-Winterschlaf.html Originalbeitrag: Alexander Harms et al.: Adenylylation of Gyrase and Topo IV by FicT Toxins Disrupts Bacterial DNA Topology, Cell Reports (2015), doi: 10.1016/j.celrep.2015.07.056 Als Teil eines internationalen Forscherteams haben Biologen der HHU in diesem Jahr bereits zum zweiten Mal in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht. Thema des Aufsatzes sind symbiotische Assoziationen zwischen bakteriellen Organismen, die zum Ursprung der Eukaryoten führten. Eu© Sven Gould karyoten sind große Zellen mit DNA, die in einen Zellkern verpackt ist. Die Untersuchungen der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Martin zeigen, dass es keine Hinweise auf einen nachweisbaren Einfluss eines andauernden horizontalen Austauschs von Erbinformationen, des sogenannten horizontalen Gentransfers (HGT) auf die Genevolution der Eukaryoten gibt. Bei Eukaryoten traten lediglich zwei Vorfälle von Genzugewinnen auf, welche die eukaryotische Phylogenie und die Verteilung von bakteriellen Genen in Eukaryoten prägen: die Entstehung der Mitochondrien – die Kraftwerke der eukaryotischen Zellen – und die Entstehung der Chloroplasten – die Chlorophyll-beinhaltenden Solarfelder pflanzlicher Zellen. Während Mikroben neue Genfamilien durch HGT erlangen, erlangen Eukaryoten sie durch Gen- und Genomduplikationen. http://www.uni-duesseldorf.de/home/startseite/news-detailansicht/article/18d80c3436.html?cHash=fc7cb85cd278b94c60f368404a62e958 © Universität Basel, Biozentrum FIC-Proteine versetzen Bakterien in den Winterschlaf Die Strategie eines Tumors: Teile und herrsche Vom SNF unterstützte Forscher haben entdeckt, wie aggressive Zellen im frühesten Stadium der Tumorentwicklung in gesundes Gewebe eindringen können. Dies er© SNF öffnet neue Möglichkeiten, den Krebs an der Wurzel zu packen. Wenn normale Körperzellen ausser Kontrolle geraten, kann sich ein Tumor bilden, was schliesslich zu Krebs führen kann. Wie genau sich diese Zellen der Kontrolle ihrer Nachbarzellen entziehen können, war bisher unklar. Das Team von Eduardo Moreno, Professor am Institut für Zellbiologie der Universität Bern, hat nun herausgefunden, dass ein aus der Frühentwicklung von Embryonen bekannter Mechanismus auch zu Beginn der Tumorentwicklung bei Erwachsenen eine Rolle spielen könnte. Die Forschenden haben in ihrem vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) unterstützten Projekt, Zellen von Fruchtfliegenpuppen bei ihrer Entwicklung unter dem Mikroskop gefilmt. Die genetisch veränderten Fruchtfliegen sind Träger eines künstlich aktivierten Gens namens Myc, das in der Entstehung von Tumoren eine Rolle spielt. Die Aktivierung allein führte dazu, dass sich abnormale Zellen aktiver teilten, sich zwischen gesunden Zellen durchzwängten, diese töteten und deren Platz einnahmen. Dass dieser Mechanismus beim Befall von Gewebe im ersten Stadium der Tumorentwicklung mitspielt, ist neu und unerwartet. http://www.snf.ch/de/fokusForschung/newsroom/Seiten/ news-150819-medienmitteilung-strategie-tumors.aspx Originalbeitrag: R. Levayer et al.: Myc-induced cell mixing is required for competitive tissue invasion and destruction. Nature online (2015), doi:10.1038/nature14684 Originalbeitrag Ku Chuan et al.: Endosymbiotic origin and differential loss of eukaryotic genes, Nature, 19 August 2015, doi:10.1038 / nature14963 Die Verknüpfung von Molekülen und Mikroben Mikroben sind die ältesten und erfolgreichsten Organismen auf unserem Planeten. Sie kommunizieren und wirken aufeinander ein, indem sie sich der Chemie als Sprache bedienen. Während die Forschung in den letzten Jahrzehnten faszinieren Einblicke in die © Martin Kaltenpoth und Aleš Svatoš, chemischen Wechselwirkungen von MikroMPI chem. Ökol. organismen im Labor ermöglichte, ist das Verständnis der komplexen Interaktionen in der Natur noch immer eine große Herausforderung. Die Produktion bestimmter Moleküle individuellen bakteriellen Zellen oder zumindest Zellpopulationen in komplexen Umweltproben zuzuordnen, spielt dabei eine Schlüsselrolle. Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie ist in Zusammenarbeit mit der Firma Thermo Fisher Scientific ein entscheidender Schritt in diese Richtung gelungen: Sie konnten die Verteilung von Antibiotika und ihrer Produzenten in natürlichen Proben gleichzeitig sichtbar machen. http://www.ice.mpg.de/ext/1226.html?L=1 Originalbeitrag: Kaltenpoth, M. et al.: Linking metabolite production to taxonomic identity in environmental samples by (MA)LDI-FISH, The ISME Journal, doi: 10.1038/ismej.2015.122. Programmierter Zelltod teilweise aufgeklärt Wenn Zellen überaltert oder stark geschädigt sind, können sie über den programmierten Zelltod aktiv ihren eigenen Abbau einleiten. Dieser „Selbstmord“ wird auch Apoptose genannt. Ein entscheidender Wendepunkt in der Veränderung einer normalen Zelle zur Krebszelle ist ihre Desensibilisierung gegenüber der Apoptose, daher wollen Wissenschaftler die zugrunde liegenden Mechanismen besser verstehen. Das Protein Bax ist als Schlüsselregulator in der Apoptoseeinleitung bekannt. Unter der Leitung von Professorin Ana García-Sáez von der Universität Tübingen und Professor Joachim Spatz vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme haben Forscherinnen und Forscher beider Arbeitsgruppen die Rolle der Bax-Proteine genauer untersucht und mehr über ihre Funktionsweise erfahren. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht. https://www.uni-tuebingen.de/newsfullview-landingpage/article/entscheidendeschritte-bei-der-einleitung-des-programmierten-zelltods-aufgeklaert.html Originalbeitrag: Yamunadevi Subburaj et al.:: Bax monomers form dimer units in the membrane that further self-assemble into multiple oligomeric species, Nat. Comm., 14. August 2015, doi:10.1038/ncomms9042 Die Navigation von Spermien in 3D Wissenschaftler des Bonner Forschungs© caesar zentrums caesar haben aufgeklärt, wie sich Seeigelspermien in ihrer natürlichen dreidimensionalen Umgebung orientieren. Eizellen setzen Lockstoffe frei, die den Spermien den Weg weisen. Mit photonischen Methoden erzeugten die Wissenschaftler chemische “Landschaften” dieser Lockstoffe und beobachteten mit der Holographie-Mikroskopie die Navigationsstrategie. Die Studie zeigt, welch ausgeklügelte „Rechenoperationen“ die Spermien während ihrer Navigation durchführen müssen. http://www.caesar.de/1387.html?&L=2 Originalbeitrag: Jikeli J. et al.: Sperm navigation along helical paths in 3D chemoattractant landscapes, Nat. Comm. 6:7985, doi: 10.1038/ncomms8985 BIOforum 2/2015 ◼ 7 ◼◼◼◼ Titelstory ◼◼◼ Automatisierte Nukleinsäureaufreinigung Warum sich Automation schon bei mittlerem Durchsatz lohnt Für viele Labore ist die Isolierung von Nukleinsäuren die Basis aller weiteren Forschungsarbeiten. Bei einem höheren Durchsatz stoßen manuelle Aufreinigungsmethoden schnell an ihre Grenzen. Hier sind innovative automatisierte Methoden gefragt, die sich flexibel an das Probenaufkommen und -material des Labors anpassen, nicht zu viel Platz wegnehmen und einfach in den Arbeitsablauf integrierbar sind. Vor allem aber sollen sie Zeit sparen und eine gleichbleibend hohe Qualität garantieren. An die Nukleinsäureaufreinigung werden hohe Ansprüche gestellt. Schnell und einfach soll es gehen. Darüber hinaus sollte die Methode hohe Ausbeuten erzielen, verlässlich und flexibel sowie nicht zuletzt gut in den Laboralltag integrierbar sein. Manuelle Aufreinigungsmethoden stoßen da schnell an ihre Grenzen. Sie sind zeitaufwändig und der Erfolg hängt stark von der Erfahrung des Laborpersonals, dem angewandten Extraktionsverfahren sowie der Probenmatrix ab. Große Roboterplattformen sind für viele Labore mit mittlerem Durchsatz jedoch auch keine Option. Reagenzien- und Gerätehersteller entwickeln daher kompakte Lösungen, die 8 ◼ BIOforum 2/2015 es den Wissenschaftlern ermöglichen, auf kleinem Raum und mit hoher Flexibilität DNA und RNA aus verschiedenen Probentypen zu isolieren. Bereits vor zehn Jahren stellte Promega sein erstes Maxwell-Gerät vor und erfüllte damit den Wunsch vieler Forschungs – und Diagnostiklabore nach einer flexiblen Lösung. Genauso wie die Wissenschaft, hat sich auch die Gerätewelt seitdem ständig weiterentwickelt. Mit dem Maxwell Rapid Sample Concentrator (RSC)-Gerät steht Wissenschaftlern eine Lösung zur Verfügung, das den aktuellen Anforderungen der Nutzer entspricht. Bewährtes Aufreinigungsprinzip, keine Kreuzkontamination Das Maxwell RSC nutzt ein mechanisches Aufreinigungsprinzip zur Isolierung der Nukleinsäuren. Im ersten Schritt werden die Proben mit Hilfe eines speziell für den Probentyp entwickelten Puffers lysiert. Die anschließende Aufreinigung erfolgt durch die Bindung von Nuklein- säuren an paramagnetische Partikel, die durch mehrere Waschschritte von den restlichen Bestandteilen befreit werden. Im letzten Schritt wird das aufgereinigte Produkt in ein separates Reagenzgefäß eluiert und steht direkt für weitere Anwendungen zur Verfügung. Da nur magnetische Beads und keine Flüssigkeiten im Gerät transportiert werden, gibt es keine Aerosol- oder Tröpfchenbildung. Somit ist das Risiko einer Kreuzkontamination von Lauf zu Lauf wesentlich geringer. Außerdem gewährleistet das mechanische Aufreinigungsprinzip einen geringen Wartungsaufwand, da keine Leitungen verstopfen oder Pumpen ausgetauscht werden müssen. Kompakt, flexibel, intuitiv zu bedienen Mit einem Gewicht von 11 Kilogramm und kompakten Maßen, ähnlich der Stellfläche eines Laptops, findet das Maxwell RSC auf jeder Laborbank ein Plätzchen. Das Gerät verarbeitet in einem Lauf 1 bis 16 Proben und passt sich somit flexibel dem Probenaufkommen an. Durch ein Kartuschenprinzip (1 Probe, 1 Kartusche) wird vermieden, dass 96 Wells auf einmal laufen müssen, was Reagenzien und Kosten spart. So kann z.B. ein Diagnostiklabor flexibel auf seine Kunden reagieren, wenn nachmittags noch wichtige Patientenproben eintreffen. Sollte das Probenaufkommen kurz – oder langfristig steigen, profitiert der Anwender auch hier von der Flexibilität des Systems. Abhängig vom aktuellen Probendurchsatz lassen sich kurzfristig weitere Geräte hinzumieten. Die Möglichkeit ein Gerät über Reagenzien zu fi- ◼◼◼ Titelstory ◼◼◼◼ nanzieren, bietet Laboren eine sichere und überschaubare Budgetierung. Trotz der kompakten Maße hat das Maxwell RSC einiges zu bieten: Ein integriertes Fluorometer zur direkten Quantifizierung der Eluate ermöglicht die Verknüpfung der Quantifizierungsdaten mit den extrahierten Proben. Über einen Barcode Scanner können Proben sicher nachverfolgt und in das Labormanagementsystem integriert werden. Eine kabellose oder kabelgebundene Netzwerkverbindung macht externe Speichermedien überflüssig und ermöglicht die bequeme Übermittlung der Daten an andere Rechner. Die Steuerung über ein Windows 8 Tablet ist intuitiv und funktioniert auch mit Handschuhen. Vorprogrammierte Aufreinigungsprotokolle erleichtern den Prozess zusätzlich. Schnell und hohe Probenvielfalt Automatisierte und standardisierte Lösungen haben den Vorteil, dass sie nicht nur Zeit sparen, sondern auch eine Abb. 2: Ausbeute miRNA (Kopien) anhand verschiedener Gewebe und mit zwei verschiedenen Mengen an Startmaterial (1mg und 10mg). Bei 10-fachem Materialeinsatz extrahiert das System ca. die 10- fache Menge an miRNA. gleichbleibend hohe Qualität garantieren. Ein bewährtes Aufreinigungsprinzip, Exktraktionskits für verschiedene Probentypen und evaluierte Anwenderprotokolle geben dem Nutzer die Sicherheit, bei jedem Lauf das richtige Ergebnis zu erhalten. Durch die Erfahrungswerte die man mit dem Maxwell-System in den letzten zehn Jahren in Entwicklung und Anwendung sammelte, konnten beim aktuellen Modell die Aufreinigungszeiten nochmals verkürzt werden. Nimmt man beispielsweise das RSC Viral Total Nucleic Acid Kit zur Aufreinigung der GesamtDNA aus Viren, erhält man nach 31 Minuten ein hochreines Extrakt mit hohen Ausbeuten. Auch die anderen Kits, z.B. für Gewebe, Blut, FFPE sowie Zellkultur haben vergleichbare Protokollzeiten und bieten für jeden Bedarf die passende Lösung. Mit dem RSC miRNA Tissue Kit haben Wissenschaftler neben DNA und RNA zusätzlich die Möglichkeit microRNA (miRNA) ohne organische Lösungsmittel und mit hoher und linearer Ausbeute aus Säugerzellen zu isolieren. Individueller Service und Support Maximale Produktivität im Labor kann nur gewährleistet werden, wenn die automatisierte Nukleinsäureaufreinigung reibungslos funktioniert. Deshalb stellt Promega sicher, dass die Geräte zu jedem Zeitpunkt einwandfrei ihren Dienst verrichten. Abhängig von den Anforderungen des Labors, werden fehlerhafte Geräte zur Reparatur abgeholt oder diAbb. 1: Aufreinigungsprinzip mit paramagnetischen Partikeln: In einer vorgefüllten Kartusche wird die Probe zu Beginn lysiert. Es folgen mehrere Waschschritte zur Aufreinigung der Nukleinsäuren. Im letzten Schritt wird die DNA oder RNA ohne Restbestandteile eluiert. rekt vor Ort repariert. Für die Zeit der Reparatur erhält das Labor ein Ersatzgerät. Individuelle Service und SupportProgramme helfen dem Wissenschaftler Reparaturkosten zu kontrollieren. Neben verschiedenen Wartungsangeboten stehen dem Wissenschaftler erfahrene Applikationsspezialisten zur Verfügung, um bei Anwenderfragen gemeinsam mit dem Labor an einer Lösung zu arbeiten. Fazit Für viele Labore ist eine schnelle, einfache und verlässliche Nukleinsäureaufreinigung die Basis aller weiteren Laborarbeiten. Manuelle Aufreinigungsmethoden sind zeitaufwändig und anfällig für Pipettierfehler; ein Roboter wiederum ist häufig überdimensioniert. Mit dem Maxwell RSC erhalten Wissenschaftler ein kompaktes und flexibles Gerät, das genau diese Lücke schließt. Es ermöglicht eine schnelle, sichere und benutzerfreundliche Nukleinsäureaufreinigung mit hohen Ausbeuten und reproduzierbaren Ergebnissen. Kits für verschiedene Probentypen sowie ein Servicepaket unterstützen den Wissenschaftler optimal bei seiner Arbeit. Kontakt Tanja López Produktmanagement Automation Promega GmbH Mannheim [email protected] www.promega.com Weitere Beiträge zum Thema Laborautomation: http://bit.ly/Laborautomation Produktübersicht Laborautomationen: http://bit.ly/ firmen-laborautomation BIOforum 2/2015 ◼ 9 © fotoliaxrender - Fotolia.com ◼ ◼ ◼ ◼ B i o me d i z i n ◼ ◼ ◼ Bakterien gegen Krebs Die Wiederbelebung eines alten Konzepts Diagnose Krebs, eine Mitteilung, die Patienten sehr hart trifft. Trotz intensiver Forschung und zahlreicher über die Jahre verbesserte Therapien, ist Krebs die zweithäufigste Todesursache in der westlichen Welt. Dies liegt vor allem an der erhöhten Lebenserwartung, da Krebs hauptsächlich eine Erkrankung des Alters ist. Meist wird Krebs durch Operation, Strahlen- oder Chemotherapie behandelt. Jedoch kann nicht jeder Tumor mit dem Skalpell erreicht werden und die physikalischen oder chemischen Methoden unterscheiden nur unzulänglich zwischen gesunden und bösartigen Geweben. Diese Nachteile lenkten den Fokus der Forschung auf biologische, spezifischere Behandlungsverfahren, wie die verschiedenen Optionen der Immuntherapie. Abb. 1: Schematische Darstellung der hypothetischen Vorgänge bei der Besiedelung von festen Tumoren durch Salmonellen. 10 ◼ BIOforum 2/2015 Entsprechend wurde vor etwa 25 Jahren die Idee, Bakterien als biologische Krebstherapeutika einzusetzen, wiederbelebt. Bereits zu Beginn des 19. Jahrhunderts hatten Wissenschaftler beobachtet, dass bakterielle Infektionen zum Rückgang von Tumoren führten. Der erste Ansatz einer bakteriellen Krebstherapie datiert auf das Jahr 1868, als W. Busch in Berlin eine Krebspatientin vorsätzlich in ein Bett legte, in dem zuvor ein Patient an Erysipelas (Infektion mit Streptoccocus pyogenes) gestorben war. Nach der Infektion konnte er den Rückgang der Geschwulst beobachten. Die Patientin starb jedoch, da die Infektion nicht kontrolliert werden konnte. Inspiriert von diesem Versuch, behandelte der amerikanische Arzt William Coley systematisch Tumorpatienten mit Bakterien und wurde dadurch zum Vater der Immuntherapie. Er war auch der Erste, der erkannte, dass eine Balance zwischen Infektion und Krankheitsverlauf gefunden werden musste. Nachdem ihm die ersten mit lebenden Streptokokken infizierten Tumorpatienten gestorben waren, entwickelte er sein berühmtes ‚Coleys Toxin‘. Dieses Toxin bestand aus hitzeinaktivierten S. pyogenes und Serratia marcescens. Damit behandelte er viele Patienten mit nicht operablem Sarkoma erfolgreich. Trotz dieser Erfolge fand seine Arbeit in der Welt der Medizin der damaligen Zeit wenig Anerkennung. Bei gleichzeitig aufkommender Strahlentherapie geriet seine vielversprechende Vorgehensweise in Vergessenheit. ◼ ◼ ◼ B i o me d i z i n ◼ ◼ ◼ ◼ ADEPT AT ADAPTING TO YOUR WISHES Seit Ende der 80-ger Jahre verwenden Onkologen allerdings erfolgreich BCG (Bacille Calmette-Guerin), eine Impfstoffvariante von Mykobakterium bovis, zur Verhinderung von Rezidiven bei Blasenkrebs [1]. Vermutlich verstärken die Bakterien die Abwehrreaktionen des Immunsystems z.B. durch die Aktivierung von NK Zellen (natürlichen Killerzellen). Auch die ursprüngliche Idee, Bakterien systemisch z.B. intravenös zur Tumortherapie zu verabreichen, wurde inzwischen wieder aufgenommen. Dabei erwies sich in unterschiedlichsten Tiermodellen, dass Bakterien vieler Arten die Eigenschaft besitzen, feste Tumore selektiv zu besiedeln. Wie ihnen das gelingt ist nur zum Teil verstanden. Bei ihrer Verabreichung lösen die Bakterien einen Zytokinsturm aus, der auch den Tumor Nekrose Faktor-a (TNF-a) beinhaltet [2]. Dies führt vermutlich zur Öffnung der pathologischen Blutgefäße des Tumors. Es erfolgt ein Bluteinstrom mit dem die Bakterien in den Tumor gelangen (Abb. 1). An der Stelle dieser Hämorrhagie, die auch makroskopisch sichtbar ist (Abb. 2), entsteht ein großer nekrotischer Bereich mit niedriger Sauerstoffkonzentration. Fakultativ anaerobe Bakterien wie Salmonella typhimurium können unter diesen Umständen hervorragend wachsen und sind gegen das Immunsystem geschützt, das unter diesen Bedingungen nicht aktiv werden kann. Dies erklärt auch die Tumorselektivität, da die Bakterien in den normalen Organen vom Immunsystem angegriffen und beseitigt werden können. Derzeit werden S. Typhimurium und Clostridium novyi am intensivsten beforscht [3]. C. novyi NT ist ein gram-positives, Sporen bildendes, obligat anaerobes Bakterium. Seine Sporen können nur in Abwesenheit von Sauerstoff keimen und wachsen. Deshalb sollten diese Bakterien bzw. seine Sporen für die Krebstherapie geeignet sein, denn normalerweise findet man im Körper nur in Tumoren nekrotische, sauerstofffreie Bereiche. C. novyi ist somit nicht in der Lage gesundes Gewebe zu infizieren. Sicherheitshalber wurde bei diesen Bakterien aber noch das Gen für das α-Toxin deletiert. Neben Mausversuchen wurden mit diesen Bakterien bereits pre-klinische und klinische Versuche an Hunden und Tumorpatienten durchgeführt, die zum Teil erfolgreich waren. Sehr interessant war auch, dass in einem Rattensystem nach intravenöser Verabreichung der Sporen orthotope Glioblastome spezifisch besiedelt wurden [4]. Offensichtlich konnten die Sporen unter diesen Umständen die Blut-Hirn-Schranke überwinden. Die Beschränkung auf anaerobe nekrotische Bereiche ist allerdings auch einer der Nachteile von C. novyi. Nur relativ große Tumore besitzen bereits einen nekrotischen Bereich, der von den Sporen besiedelt werden kann. Aus demselben Grund können von diesen Bakterien auch keine Metastasen besiedelt werden. S. Typhimurium, mit denen auch wir arbeiten, sind gram-negative, fakultative anaerobe Organsimen und können im Tumor sowohl sauerstoffreiche als auch sauerstoffarme Bereiche kolonisieren (Abb. 3 A). Allerdings sind sie deshalb auch in der Lage gesundes Gewebe wie Leber und Milz zu infizieren. Deshalb benötigen sie eine Adaptation, die ihre sichere Anwendung im Tumorpatienten gewährleistet. Unser Fokus der Adaptation lag auf einem äußeren Membranbestandteil der Salmonellen, dem Lipopolysaccharide (LPS). Dieses Molekül ist für seine immunstimulatorische Wirkung bekannt und kann bei unkontrolliertem Wachstum zur Sepsis führen. Andererseits werden Stämme mit veränderter LPS Struktur leichter vom Immunsystem attackiert. Diese Beobachtung nutzend, wurden die LPS Mutanten ∆rfaD, ∆rfaG und ∆rfaL (Abb. 3B) in un- © fivespots; Vera Kuttelvaserova | Fotolia Abb. 2: Makroskopisches Erscheinungsbild eines Tumors nach Besiedelung durch S. Typhimurium (S.T.). Dr. Stefanie Krauth Sales Manager Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA Tel.: +49 (0) 6201 606 728 [email protected] www.imaging-git.com The leading publication for the European Imaging Community BIOforum 2/2015 ◼ 11 ◼ ◼ ◼ ◼ B i o me d i z i n ◼ ◼ ◼ serem murinen Tumormodell getestet. Je kürzer die LPS Struktur wurde, umso sicherer war der Stamm. Gleichzeitig verlor er aber auch seine therapeutische Effizienz. Somit erwies sich ∆rfaD als eher sicher aber ineffektiv und ∆rfaL als tödlich aber effektiv. Da das Sicherheitsprofil der rfaD Mutation und die Tumorselektivität aber sehr hoch war – die normalen Organe waren bereits nach 2 Tagen wieder frei von Salmonellen – musste der Stamm geschickt angepasst werden, um die Balance zwischen Nutzen und Sicherheit zu finden. In unserem neuen Stamm wird jetzt die essentielle Eigenschaft wie z.B. rfaD von einem Kontrollelement (Promoter) reguliert, das durch den Zucker Arabinose angeschaltet werden kann. Lässt man diese Bakterien in Gegenwart von Arabinose wachsen, sind sie hochvirulent, da sie ein normales LPS besitzen. Injiziert man die Bakterien in den Tumor-tragenden Wirt, wird das Gen für rfaD abgeschaltet, da in Säugetieren normalerweise keine Arabinose vorhanden ist. Das Bakterium ist wieder stark abgeschwächt. Diese Strategie erwies sich als erfolgreich [5]. Durch die Verabreichung von initial Wildtyp-ähnlichen Salmonellen wurde das Immunsystem offensichtlich so stark stimuliert, dass der anti-Tumor Effekt stark verbessert wurde. Ein Großteil der Tumore wurde komplett abgestoßen, aber keine der Mäuse starb auf Grund der Bakterien Infektion. Offensichtlich haben wir damit eine gute Balance zwischen therapeutischer Effizienz und sicherer Verabreichung gefunden, auf der sich weiter aufbauen lässt. Bereits Coley hatte dieses Problem erkannt. Bakterien in ihrer Ursprungsform griffen das Tumorgewebe an, aber wie im Falle von S. pyogenes konnten sie den Patienten auch töten. Er löste das Problem durch Hitzeinaktivierung, musste dabei aber feststellen, dass die therapeutische Effizienz abnahm. Es besteht somit die Gefahr, die Bakterien zu sehr abzuschwächen, um auf Kosten der Wirksamkeit größtmögliche Sicherheit zu gewährleisten. Die erfolglosen klinischen Versuche mit einem hochsicheren Salmonellen Stamm wären so zu erklären. Wir glauben, dass eine Strategie, in der wir die Virulenz erhöhen aber gleichzeitig die Abschwächung verstärken, wie in dem oben beschriebenen Stamm, am erfolgversprechendsten sein wird. Eine Therapie, welche alleine auf dem intrinsischen anti-Tumor Effekt der Bakterien beruht, wird allerdings keinen großen Erfolg haben. Zwar werden bestimmte Tumore nach der Verabreichung der Bakterien komplett abgestoßen. Bei 12 ◼ BIOforum 2/2015 Abb. 3 A: Elektronenmikroskopische Aufnahmen von S. Typhimurium. Oben: Transmissionselektronenmikroskopie nach negativer Färbung. Unten: Rasterelektronenmikroskopie, © M. Rohde, HZI. B: Schematische Struktur der Zellwandkomponente Lipopolysaccharid von Wildtyp (WT) und Varianten mit Mutationen in Genen der LPS Synthese. den meisten Tumoren erfolgt allerdings nur eine Wachstumsverzögerung. Offensichtlich besitzen diese Tumore Mechanismen, eine Tumor-spezifische Reaktion zu umgehen trotz der Hilfe durch die Bakterien. Deshalb sollte die Tumorspezifität der Bakterien für den Transport von zusätzlichen therapeutischen Molekülen ausgenutzt werden. Die Herausforderung dabei ist geeignete Sekretionssysteme für diese artfremden Moleküle zu finden, da die bakteriellen Sekretionssysteme häufig sehr selektiv für bestimmte, speziesspezifische Moleküle sind. Offensichtlich ist der Weg zur Klinik noch weit, jedoch glauben wir einen großen Schritt in diese Richtung getan zu haben. Autoren Sebastian Felgnera, Dino Kocijancica und Siegfried Weissa,b aMolekulare Immunologie, Helmholtz Zentrum für Infektionsforschung, Braunschweig b Institut für Immunologie, Medizinische Hochschule, Hannover Referenzen Kontakt Dr. Siegfried Weiss Sebastian Felgner Helmholtz Zentrum für Infektionsforschung Molekulare Immunologie Braunschweig [email protected] [email protected] [1]Morales et al.: J. Urol. 116(2): 180-183 (1976) [2]Leschner et al. PLoS one. 4(8): e6692 (2009) [3] Leschner und Weiss: J Mol Med (2010) [4]Staedtke et al.: Oncotarget. 6(8): 5536-5546 (2015) [5]Frahm et al.: mBio. 6(2): e00254-15. 88(8): 763-773 (2015) Audio Podcast: „Salmonellen gegen Krebs“: http://bit.ly/Arbeitsgruppe-Weiss Klinische Studien zur KrebsImmuntherapie: http://bit.ly/ Studien-Krebs-Immunther ◼ ◼ ◼ B i o me d i z i n ◼ ◼ ◼ ◼ © Tanja Kögel Die langen Verbindungen zwischen Zellen werden biologische Nanotubes genannt. Sie werden von Bakterien und Viren als Transportwege genutzt. Auf dem Bild sieht man Zellen mit Nanotubes die mit Fluoreszenzfarbstoffen gefärbt sind. Biologische Nanotubes verbinden Zellen im Körper Transportwege für HIV und Krebs Die Entdeckung der Nanotubes kann neue Möglichkeiten zur Krebs- und HIVBekämpfung eröffnen. Und das nur weil jemand hellseherisch genug war sie nicht zu übersehen. Im Jahre 2002 arbeitete Dr. Amin Rustom im Labor von Hans-Hermann Gerdes in Heidelberg. Zu dieser Zeit war auch die Autorin ein Mitglied dieser Arbeitsgruppe und hatte damit die exklusive Ehre die Geburt eines neuen Forschungsfeldes mitzuerleben. Amin war eigentlich damit beschäftigt eine Art der Ausscheidung aus Tierzellen, Exozytose, zu untersuchen. Normalerweise fixierte er seine Versuchszellen mit Paraformaldehyd bevor er sie anschaute. Fixierung ist eine Art Konservierung von Zellen, damit man die Zellen aufbewahren kann und mehr Zeit für Beobachtungen bekommt. Eines Tages wollte er nur einen schnellen Blick auf die Zellen werfen und sparte sich die Fixierung. Da geschah es, dass er auf die feinen Strukturen aufmerksam wurde, die sich zwischen v ielen der Zellen spannten. Er zeigte Professor Hans-Hermann Gerdes die Strukturen und beide beschlossen ein paar Monate darauf zu verwenden dieses Phänomen näher zu untersuchen. Zellverbindungen Die Entdeckung [1] stellte sich als derart interessant heraus dass sie in dem hoch anerkannten Journal „Science“ in 2004 publiziert wurde. In diesem Artikel wurden die bis dahin unbekannten Strukturen als biologische Nanotubes definiert. Hier wurden einige Eigenschaften der neuentdeckten Nanotubes beschrieben: Sie verbanden Zellen in gerader Linie, ohne Kontakt mit dem Boden der Schale, in der die Zellen wuchsen, zu haben. Sie spannten sich über Distanzen von bis zu mehreren Zelllängen und hatten einen Durchmesser von nur 50-800 Nanometern. Dieser Durchmesser entspricht etwa einem Tausendstel eines menschlichen Haares, oder einem Hundertstel einer einzelnen Zelle. Nanotubes sind von Zellmembran umgeben und enthalten versteifende Strukturelemente, sogenannte Aktinfilamente, die auch die Funktion von Transportschienen in der Nanoröhre haben. Forscher in Verteidigungsposition Wie so oft in der zellbiologischen Grundlagenforschung, wurden die ersten Nanotubes in Zellkulturen beobachtet. Zellkulturen h aben ihren Ursprung in Gewebeoder Blutproben von entweder normalen oder krebsartig veränderten Zellen. Diese werden unter kontrollierten Bedingungen im Labor kultiviert und vermehrt. Häufig kultiviert man Kulturzellen in flachen Schalen, in denen sich die Zellen festsetzen können, mit einer Flüssigkeit, die Nährstoffe enthält. Eine Zellkultur erleichtert das Untersuchen biologischer Details und Zusammenhänge. Auch kann man kann dadurch Tierversuche vermeiden. Allerdings spiegeln die BIOforum 2/2015 ◼ 13 ◼ ◼ ◼ ◼ B i o me d i z i n ◼ ◼ ◼ normalen Zellkulturen nicht die gesamte dreidimensionale Komplexität des Gewebes eines Organismus wieder. In der ersten Zeit nach der Entdeckung der Nanotubes drehte sich viel Kritik um die Möglichkeit, dass Nanotubes eine nur eine Folge der spezifischen Kulturbedingungen sein könnten. „Artefakt!“ sagten die Kritiker. Sie wollten nicht glauben, dass diese Struktur von irgendeiner Bedeutung war, so lange diese nicht in Gewebe nachgewiesen war. Einige gingen so weit, dass sie die Forschung an Nanotubes nahezu lächerlich machten. Mein Eindruck war, dass ein Teil des Widerstandes daher kam, dass es ein wenig schwer war zuzugeben, dass die allermeisten Zellbiologen diese spannenden Strukturen schlicht übersehen hatten. Nanotubes sind nämlich in einem Lichtmikroskop von normaler Laborqualität sichtbar, wenn man auf sie aufmerksam ist. Einige derjenigen, die Nanotubes gesehen hatten, hatten nicht geglaubt, dass sie wichtig waren und verwendeten von daher nicht mehr Zeit auf sie. Die Nanotubes gelangten also nicht durch neue technologische Entwicklung in das Visier der Forschung, sondern durch den Gebrauch existierender Methoden nach einer Bewusstseinsänderung. Nanotubes in Tieren Nachdem diese Strukturen zum ersten Mal bewusst gesehen wurden sie in immer mehr verschiedenen Zelltypen von verschiedenen Tieren entdeckt. In sozusagen allen Zelltypen, in denen man nachschaute, fand man Nanotubes. Krebszellen, Herzmuskelzellen, Nierenzellen, Gehirnzellen und sogar Malariaparasiten, um nur einige zu nennen, h aben alle Nanotubes. Zellkulturzellen haben den Vorteil, dass sie mit etwas Abstand zueinander gezüchtet werden können. Dann kann man sehen wie sich die Nanotubes in den Zwischenräumen der Zellen spannen. Im Gegensatz dazu sind Zellen in Gewebe normalerweise in dichtgepackten Strukturen organisiert, so, dass es schwierig ist, die feinen Nanotubes zu beobachten. Dies ließ also etwas auf sich warten. Einer australischen Arbeitsgruppe gelang es im Jahr 2008: Sie bewiesen die Existenz der Nanotubes in Gewebe mit Hilfe einer spezifischen Färbung einer Gruppe Immunzellen in der durchsichtigen Hornhaut des Auges einer Maus [2]. Nur wenige Zellen wurden gefärbt, während die meisten ungefärbt verblieben. Auf diese Weise wurden einige Nanotubes, nämlich die, die von den gefärbten Zellen gebildet wurden, sichtbar. Des Weiteren wurden im Laufe der Zeit, in einer Reihe früher Embryonalstadien von Tieren wie Maus, Huhn und Zebrafisch, Nanotubes nachgewiesen. Im Gegensatz zu Nanotubes in Zellkultur, nehmen Nanotubes in Gewebe nicht den kürzesten, geraden Weg, Nanotubes können aus den Zellfortsätzen „Filopodien“ entstehen, verbinden Zellen und transportieren Fracht entlang Filament (F)-Aktin. Illustration von Dr. Dominik M. Frei, Universität Oslo, Norwegen.. 14 ◼ BIOforum 2/2015 Grün: F-Aktiv, Blau: Mikrotubuli, Rot: Connexin (Verbindungsproteine). Zwei Zellen sind durch mehrere Nanotubes verbunden. Urheber: Dr. Xiang Wang (Universität Bergen, Norwegen). sondern schlingen sich an anderen Zellen vorbei. Versand von Informationen und Paketen Die direkte Beobachtung von Nanotubes verlangt schonende, zeitaufwändige Hantierung aufgrund der folgenden Herausforderungen. Fixierung zerstört etwa 80% der Nanotubes. Auch die hohe Lichtintensität, die eingesetzt wird um Zellen im Mikroskop anzuschauen, und moderate Erschütterungen, zerstören Nanotubes. Trotz dieser technischen Herausforderungen sammelten Forscher geduldig einige Informationen. Ab 2003 war Hans-Hermann Gerdes Professor am Institut für Biomedizin an der Universität Bergen, Norwegen. In dieser Periode entdeckte er zusammen mit dem Forscher Dr. Xiang Wang, dass auch nicht-neuronale Zellen elektrische Signale über lange Strecken innerhalb von Zellen senden, nämlich durch Nanotubes [3]. Elektrische Signale können daran beteiligt sein in den Zellen die klassischen Kalzium-abhängigen Signal- wege zu steuern, die die Ausschüttung von Hormonen und Wachstumsfaktoren bewirken. Solcher Informationsaustausch steuert auch die Entwicklung eines Organismus über die Zeit, zum Beispiel wann und zu was Zellen sich spezialisieren wenn ein Körper einen Schaden repariert, oder wann eine Immunzelle angreift. Es wurde auch gezeigt, dass Moleküle und sogar ganze Zellorganellen in Nanotubes transportiert werden. Zellorganellen sind etwas größere Einheiten innerhalb von Zellen mit spezifischer Funktion. Ein Beispiel für Organellen, die transportiert werden, sind die Zellkraftwerke, die Mitochondrien heißen. Nanotubes als direkte Verbindung für Materialtransport zwischen Zellen, war zum Zeitpunkt der Entdeckung ein ganz neues Konzept. Stress, Wunden oder Entzündungen erhöhen die Anzahl an Nanotubes. Desweiteren treten Nanotubes in bestimmten, aber nicht allen Entwicklungsstadien von Zellen auf. Aus diesen Beobachtungen kann man schließen, dass diese Struktur für bestimmte Zwecke verwendet wird, und dass Zellen bei Bedarf mehr Nanotubes produzieren. Transportweg für HIV Aber der Gebrauch der Nanotubes kommt für die Zellen nicht ohne einen Preis. In ständig neuen Untersuchungen wird gezeigt, dass Nanotubes als Transportwege für Krankheitserreger wie Bakterien und Viren – unter anderem HIV – dienen. Möglicherweise entgehen die Krankheitserreger der Immunabwehr auf diese Weise. Dass Nanoröhren von Krankheitserregern genutzt werden, ist sehr schädlich für den Organismus, der angegriffen wird. Dass die Struktur trotz dieser negativen Konsequenzen im Laufe der Evolution nicht ausgestorben ist, deutet darauf hin, dass sie eine sehr wichtige Funktion hat. Auch im Zusammenhang mit Krebs scheinen Nanotubes mitzuwirken. Mitochondrien werden von umliegenden Zellen in Krebszellen gefrachtet [4]. Es zeigte sich, dass dies die Krebszellen widerstandfähiger macht gegen Zellgifte, die in der Krebsbehandlung eingesetzt werden. Vielleicht verfrachten Krebszellen mit Hilfe von Nanotubes Mitochondrien durch das dichte Tumorgewebe? Aus diesen Gründen liegt in der Möglichkeit Nanotubes zu beeinflussen ein sehr großes medizinisches Potential. Diese klinischen Implikationen sind ein starker Motivator für unsere weitere Forschung. ein ergebener Forscher und sein Enthusiasmus für Wissenschaft war inspirierend. Er versuchte die Antworten auf umfassende Fragen zu finden und suchte nach der Wahrheit – auch außerhalb der Biochemie. Ein wichtiges Zitat war ihm: „Selig sind, die nicht sehen und doch glauben!» (Joh.20,28). Wir vermissen ihn sehr. Er hinterließ ein bedeutendes Wissenschaftliches Erbe im Gebiet der Erforschung der Nanotubes, welches nun durch uns und andere weitergeführt wird. Dieser Artikel wurde bereits am 13. August 2014 in der online Ausgabe der Tageszeitung Aftenposten (Oslo, Norwegen), Abteilung Viten (übersetzt: Wissen) publiziert. Abdruck der deutschen Übersetzung mit freundlicher Genehmigung. (http://www.aftenposten. no/viten/Biologiske-nanororforbinder-cellenei-kroppenog-fungerer-som-snarveierfor-HIV-oa-kreft-7664719. html) [1] Rustom 13 A. et al.: February Energiesparend, leise, kompakt. Science 2004 (ht- tps://www.sciencemag.org/ content/303/5660/1007. short?related-urls=yes&legid= sci;303/5660/1007) [2] Chinnery H.R. et al.: J. Immunol. 1 May 2008 (http://www.ncbi. nlm.nih.gov/pubmed/18424694) [3] Wang X. et al.: PNAS 18 August 2010 (http://www.pnas.org/content/107/40/17194.short) Die kompakte Tischzentrifuge Sigma 1-16K verfügt über ein motorisches Deckelschloss und lässt sich dadurch sehr komfortabel bedienen. Sie ist energiesparend und leise im Betrieb und garantiert eine konstante Temperatur von 4 °C. [4] Pasquier J. et al.: J. Tranl. Med., 10 April 2013 (http://www.ncbi. nlm.nih.gov/pubmed/23574623) Widmung Ich widme diesen Artikel als eine Erinnerung unserem Gruppenleiter, Mentor, Kollegen und Freund Prof. Dr. Hans-Hermann Gerdes, der im August 2013 allzu früh verstorben ist. Er war Sigma 1-16K Kontakt Dr. Tanja Kögel The National Institute of Nutrition and Seafood Research Bergen [email protected] Weitere Beiträge zum Thema: http://bit.ly/Nanopartikel Das Display mit großen Tasten ermöglicht eine sichere und einfache Handhabung und die geringe Gerätehöhe erlaubt ein komfortables Be- und Entladen. Ein Highlight der 1-16K ist die Lüftersteuerung, die den Lüfter in Abhängigkeit von der geforderten Kühlleistung regelt – das macht die Zentrifuge um bis zu 60% leiser und senkt den Energieverbrauch. Sigma Laborzentrifugen GmbH An der Unteren Söse 50 | 37520 Osterode am Harz Tel. +49 (0) 55 22 50 07-0 | Fax +49 (0) 55 22 50 07-12 [email protected] www.sigma-zentrifugen.de ◼ ◼ ◼ ◼ M i k r o sk o p i e & Im a g i ng ◼ ◼ ◼ © Giovanni Cancemi - Fotolia.com Hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie Tiefere Einblicke in die molekulare Architektur meiotischer Chromosomen Seit dem Durchbruch von Eric Betzig, Stefan W. Hell und William E. Moerner die Auflösungsgrenze konventioneller Fluoreszenzmikroskopie zu unterschreiten, haben sich für Wissenschaftler unterschiedlichster Disziplinen neue Möglichkeiten eröffnet, den Aufbau von makromolekularen Proteinkomplexen zu untersuchen. Es ist bisweilen möglich mittels Super-Resolution Mikroskopie Strukturen bis auf wenige Nanometer aufzulösen und damit das Abb’sche Limit der Auflösungsgrenze zu überwinden. Auch im Bereich der Meiose hat dieser fundamentale Durchbruch zu neuen Erkenntnissen geführt. So gelang es z. B. die molekulare Architektur eines für die Synapsis homologer Chromosomen verantwortlicher Proteinkomplex, der Synaptonemale Komplex (SC), mit nahezu molekularer Auflösung zu beschreiben. Hierfür wurde die Methode direct Stochastic Optical Reconstruction Microscopy (dSTORM) genutzt, welches sich die räumliche und zeitliche Trennung der zu detektierenden Fluoreszenzsignale einzelner Farbstoffe zu Nutzen macht, um hochaufgelöste Bilder zu liefern. Die Meiose In der Keimzellbahn sich sexuell fortpflanzender Organismen findet eine spezielle Form der Zellteilung statt: die Meiose. Im Gegensatz zur Mitose, hat die Meiose nicht zum Ziel zwei identische Tochterzellen mit doppeltem Chromoso- 16 ◼ BIOforum 2/2015 mensatz aus einer Mutterzelle zu erzeugen, sondern vier haploide Keimzellen. Also Zellen mit einem einfachen Chromosomensatz. Im Zuge der Fortpflanzung verschmelzen zwei solcher haploiden Keimzellen, eine väterliche und eine mütterliche, zu einer Zygote mit zwei Chromosomensätzen. Diese Zy- gote entwickelt sich nun mit Hilfe mitotischer Zellteilungen und Differenzierungen einzelner Zellen zu einem neuen Organismus, welcher wiederum in seiner Keimzellbahn haploide Zellen zur Fortpflanzung erzeugt. Die Meiose ist nun weiter in Meiose I und Meiose II aufgeteilt. Die Meiose I weist wesentliche Besonderheiten auf. Zum Beispiel findet während der Meiose I die Paarung und Rekombination der homologen Chromosomen statt, die die Voraussetzung für die Haploidisierung der Zellen schaffen. Als Folge dieser Prozesse führt die Meiose zu einer erhöhten genetischen Diversität innerhalb des Genpools einer Population und kann zur evolutionären Entwicklung der Art beitragen. Der Synaptonemale Komplex (SC) Damit eine Rekombination zwischen den homologen Chromosomen überhaupt ◼ ◼ ◼ M i k r o sk o p i e & Im a g i ng ◼ ◼ ◼ ◼ Abb. 1: Die Struktur des Synaptonemalen Komplexes erinnert stark an den Aufbau einer Leiter, wobei die Holme den Lateral Elementen (LE) entsprechen und die Sprossen den Transversalfilamenten (TF). stattfinden kann, müssen sie sich am Anfang der Meiose I finden und Paaren. Für die mechanische Stabilisierung dieser Paarung ist die Ausbildung des SC essentiell. Fehler bei der Bildung des SCs können zu Aneuploidien, Schwangerschaftsabbruch und eingeschränkter Fertilität bis hin zur Sterilität führen. Der SC zeichnet sich durch seine leiterartige Struktur aus. Die sogenannten Lateralelemente bilden die Holme der Leiter während die Transversalfilamente der zentralen Region den Sprossen entsprechen. Der SC von Säugern besteht aus bisher sieben identifizierten Proteinen. Dabei bilden SYCP2 und SYCP3 die Lateralelemente (LE) aus und SYCP1, SYCE1, SYCE2, SYCE3 und TEX12 die zentrale Region (Abb.1). Die N-Termini von SYCP1 treffen sich dabei in der Mitte der zentralen Region wo sie zusammen mit den Proteinen SYCE1, SYCE2, SYCE3 und Tex12 das sogenannte Zentrale Element bilden. Molekularer Aufbau des Synaptonemalen Komplexes Trotz wichtiger Fortschritte in der Vergangenheit ist der molekulare Aufbau des SC nicht vollständig aufgeklärt. Für die Lokalisation von SC Proteinbestandteilen hat man bisher auf die Immunogold Elektronenmikroskopie (EM) und die konfokale Fluoreszenzmikroskopie (CSLM) zurückgreifen können. Mittels Immunogold EM lassen sich Prote- Abb. 2: Aufnahmen Synaptonemaler Komplexe aus einer meiotischen Zelle der Maus mit einem konfokalem Fluoreszenzmikroskop (A-C) und einem direct Stochastic Optical Reconstruction Mikroskop (D-F). ine mit einer hohen Präzision von etwa 20 nm Nanometer lokalisieren. Die Methode ist aber zeitaufwendig und die Dichte des Signals oft niedrig, was die statistische Auswertung der Ergebnisse erschwert. Im Gegensatz zu der Immunogold EM hat die CLSM den Vorteil, dass man die Proteine des SCs ohne großen Zeitaufwand darstellen kann (Abb. 2 a – c). Das ist zwar ein Gewinn, aber leider ist das CLSM durch eine Auflösungsgrenze von etwa 250 nm nur eingeschränkt für eine detaillierte Untersuchung des SC-Aufbaus einsetzbar. Der SC selber hat eine Breite von 200 nm, demnach lassen sich mittels CLSM kaum Unterschiede bei Lokalisationsversuchen von Proteinen der Lateralelemente und der zentralen Region feststellen. Wie wir kürzlich in einem Paper zeigen konnten [1], schafft es die hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie eine Brücke zwischen der Immunogold EM und der Fluoreszenzmikroskopie bei der Untersuchung des molekularen Aufbaus des SCs zu schlagen, da sie die Vorzüge der anderen beiden Techniken vereint. dSTORM ermöglicht die Rekonstruktion hochaufgelöster Bilder mit einer Auflösung von 20 – 40 nm. Mit Hilfe verschiedener Farbstoffe können unterschiedliche Proteine gleichzeitig mit hoher Auflösung lokalisiert werden (Abb. 2 d-f). Weitere Vorteile sind die erhaltene hohe Signaldichte sowie die Tatsache, dass die Protokolle zur Probenaufbe- Mehr Informationen zum Thema Fluoreszenzmikroskopie: http://bit.ly/Bio-FZM Erfahren Sie mehr über die Arbeitsgruppe: http://bit.ly/HP-Benavente reitung, die der konventionellen Fluoreszenzmikroskopie entsprechen. Demnach sind sie weder zeitaufwendig noch sonderlich komplex. So konnte in Kombination mit den Berechnung durchschnittlicher Signalpositionen einzelner Proteine (average position determination), ein überarbeitetes 3D Modell des SCs vorgestellt werden und neue interessante Details zur molekularen Architektur gewonnen werden. Aus unseren Studien geht hervor, dass hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie, wie dSTORM, ein wichtiges Tool in der weiteren Erforschung des SCs sein wird. Ebenso ist der SC ein geeignetes Untersuchungsobjekt für hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie und kann zur weiteren methodischen Verbesserung von Set-ups und 3D Aufnahmen genutzt werden. Referenzen [1] Schücker K. et al.: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 112:2029-2033 (2015) Kontakt Katharina Schücker Thorge Holm Christian Franke Prof. Dr. Markus Sauer Prof. Dr. Ricardo Benavente Biocenter, University of Würzburg Würzburg, Germany [email protected] www.biozentrum.uni-wuerzburg.de Weitere Beiträge zum Thema: www.imaging-git.com BIOforum 2/2015 ◼ 17 ◼ ◼ ◼ ◼ M i k r o sk o p i e & Im a g i ng ◼ ◼ ◼ Detektion von Birkenpollenallergenen in der Luft Machbarkeitsstudie Mehr als 20 % der Bevölkerung Europas leidet an allergischen Reaktionen der Atemwege. Vielerlei Faktoren können eine Fehlfunktion des Immunsystems verursachen. Diese werden in drei Kategorien eingeteilt: Interne Umweltfaktoren, Externe Umweltfaktoren, Faktoren der Luftverschmutzung. Die Luftverschmutzung kann sich nämlich nicht nur auf die Pollen auswirken indem sie die externe biochemische Struktur und damit die Allergenität verändert, sondern auch auf die Schleimhaut der Atemwege des Menschen durch Veränderung der immunologischen Empfindlichkeit gegenüber Pollenpartikeln. Technik für die Detektion von Allergenen ist. Im Vergleich zu anderen Techniken erfordert diese Technologie kein Markieren von Antikörpern. Wir konzentrieren uns hier auf die Echtzeit-Detektion (im Multiplex-Format) eines rekombinanten Birkenpollenallergens (rBet v 1) und eines natürlichen, in Pollenkörnern enthaltenen Birkenpollenallergens (Bet v 1) durch Beobachtung der Kinetik der Wechselwirkung zwischen einem AntiBet v 1-Antikörper und den Birkenpollenallergenen. Das Endziel ist die Konstruktion eines „Pollen“- Biochips, der die Detektion und Quantifizierung verschiedener Pollenallergene in der Luft ermöglicht. Diese Machbarkeitsstudie soll zeigen, dass die bildgebende Oberflächenplasmonenresonanz (Surface Plasmon resonance Imaging oder SPRi) eine geeignete Physikalische Prinzipien der Oberflächenplasmonen-resonanz (SPR) und der bildgebenden Oberflächenplasmonenresonanz (SPRi) 18 ◼ BIOforum 2/2015 Bei der SPR handelt es sich um ein optisches Verfahren, das die markierungsfreie Analyse von Biomolekülen ermöglicht und neben der Echtzeitdetektion von Molekülen Informationen über kinetische Prozesse (Assoziation und Dissoziation), Bindungsaffinität und Analytenkonzentration liefert. Durch die Messung der SPR lassen sich Änderungen des Brechungsindexes (oder des Reflexionsvermögens) in Echtzeit verfolgen. Diese Änderungen werden durch biomolekulare Interaktionen zwischen den immobilisierten Liganden und den eingefangenen Analyten (Zielmolekülen) verursacht. Durch die Messung dieser Änderungen des Reflexionsvermögens mittels SPR lassen sich auf der Oberfläche des Biochips stattfindende biomolekulare Ereignisse (wie z. B. Bindung und Dissoziation) in Echtzeit charakterisieren. ◼ ◼ ◼ M i k r o sk o p i e & Im a g i ng ◼ ◼ ◼ ◼ Abb. 1: Kinetikkurven nach Injektion von 8 Konzentrationen von rBet v 1 auf 6H4-Messflächen. Die SPRi-Technologie stellt im Bereich der SPR-Analyse eine Weiterentwicklung dar. Der Aufbau der Openplex und Xelplex Systeme ermöglichen es, Biochips im Array-Format herzustellen, bei dem jeder Spot einem bestimmten immobilisierten Liganden entspricht. Mit einem automatisierten Spotter können mehrere Hundert unterschiedliche Moleküle als Spots aufgetragen werden – ein Umstand, der in der biomolekularen Interaktionsanalyse die Tür zu Hochdurchsatz-Anwendungen öffnet. Die Anwendungen von SPRi umspannen einen großen Bereich unterschiedlicher Interaktionen, so z. B. Protein:Protein [1], DNA:DNA [2,3], Peptid:Protein [4], Polysaccharide:Proteine [5] oder Protein:Zellen [6,7]. Dank der ausgezeichneten Flexibilität können auch komplexe Proben wie z. B. Serum und Plasma im Rahmen von klinischen Anwendungen analysiert werden. Horiba Scientific eingesetzt. Die Flussrate wurde auf 50 μl/min eingestellt, die Arbeitstemperatur auf 25°C. Als Erstes wurde eine Lösung mit rBet v 1-Allergen in 8 verschiedene Konzentrationen injiziert, um die Affinitätskonstante zwischen 6H4 und rBet v 1 zu bestimmen und eine Kalibrierungskurve darzustellen. Als Zweites wurden Birkenpollenallergene aus Birkenpollenkörnern extrahiert. Zwischen den einzelnen Probeninjektionen wurde der Biochip mit PBS-Puffer gespült und die Wechselwirkung mit einer Glycin/HCl-Lösung regeneriert. Die Wechselwirkung zwischen dem Antikörper und dem Allergen wurde mittels SPRi in Echtzeit beobachtet. Für jede injizierte Konzentration wurden die Reflektivitätsänderungen bestimmt, welche die Menge an Antikörpern mit wechselwirkendem rBet v 1 repräsentieren. SPRi Materialien und Methoden Ergebnisse und Diskussion Immobilisierung von Antikörpern gegen Allergene auf dem SPRi-Biochip : Zwei Liganden wurden mit Hilfe des SPRi-Arrayer auf einem CS SPRi-Biochip immobilisiert. Bei dem ersten handelt es sich um einen monoklonalen Antikörper (6H4) gegen das Bet v 1-Allergen 5 (Stallergenes, Antony, Frankreich), bei dem zweiten um einen monoklonalen Antikörper (Kori75) als Negativkontrolle (Stallergenes, Antony, Frankreich), der nicht mit Bet v 1 reagiert. Versuchsanordnung Der Biochip mit den aufgebrachten Antikörpern wurde in das SPRi-Gerät von Affinität zwischen 6H4 und gereinigtem Birkenallergen Abbildung 1 zeigt die Reflektivitätsänderung (%) im Zeitverlauf für die 8 injizierten Konzentrationen von rBet v 1. Jede Kinetikkurve entspricht einem Mittelwert auf den zwölf 6H4-Messflächen. Das auf den Kori75-Messflächen erhaltene Signal wurde von der Reaktion auf den 6H4-Messflächen subtrahiert. Abbildung 2 zeigt das „Differenzbild“ nach Injektion der rBet v 1-Lösung bei 256 ng/ml. Wie die Abbildungen 1 und 2 zeigen, kam es nach der Injektion der Allergenlösung auf den 6H4-Messflächen zu einer spezifischen Reaktion und auf den ready-to-use REAGENZIEN und CHEMIKALIEN für jeden und den speziellen Bedarf Direkt bestellen: 0800/56 99 000 gebührenfrei [email protected] oder unter www.carlroth.de LABORBEDARF LIFE SCIENCE CHEMIKALIEN CARL ROTH GmbH + Co. KG Schoemperlenstr. 3-5 · 76185 Karlsruhe Tel. 0721/56 06 0 · Fax 0721/56 06 149 [email protected] · www.carlroth.de BIOforum 2/2015 ◼ 19 ◼ ◼ ◼ ◼ M i k r o sk o p i e & Im a g i ng ◼ ◼ ◼ Abb. 2: Differenzbild nach Injektion von gereinigtem rBet v 1 bei 256 ng/ml. Kori75-Messflächen zu keiner Reflektivitätsänderung. Das Signal verstärkt sich mit der injizierten Konzentration und erreicht bei 4 μg/ml ein Plateau. Die Detektionsgrenze liegt bei ca. 40 ng/ ml. Angepassten Kinetikkurven ermöglichen mit Hilfe der ScrubberGen-Software die Bestimmung kinetischer Konstanten (ka und kd) sowie der Affinität (KD) für die Wechselwirkung 6H4/rBet v 1. Diese entsprach für KD 192 pM. Kalibrationskurve Zwischen der Reflektivitätsänderung und der Menge an Allergen, die mit den Antikörpern auf dem Biochip reagiert, besteht eine Verbindung. Aus den Kinetikkurven wurde eine Kalibrierungskurve erstellt. Sie stellt die Menge des an den 6H4-Messflächen gebundenen rBet v 1 in Abhängigkeit von der Konzentration an injiziertem Allergen dar. Anhand dieser Kalibrierungskurve kann die Konzentration des Birkenallergens in einem Pollenextrakt bestimmt werden; dieser Wert kann dann mit der Menge an gesammeltem Pollen korreliert werden. Durch Differenzbildung können wir beobachten, dass es nach Injektion der Überstandslösung auf den Kori75-Messflächen zu einer unspezifischen Adsorption gekommen ist. Diese unspezifische Adsorption beruht auf der Tatsache, dass eine komplexe Lösung injiziert wird, welche weitere Proteine und Partikel enthält, die das Signal stören können. Wird jedoch das Signal der Negativkontrollmessflächen subtrahiert, erhält man das spezifische Signal, das die Wechselwirkung zwischen dem Antikörper 6H4 und dem Protein Bet v 1 repräsentiert. 20 ◼ BIOforum 2/2015 Abb. 3: Differenzbild des Biochips nach Injektion des Birkenpollenüberstands (102 μg/ml in Pollen). Dank der Kalibrierungskurve kann die Konzentration von Bet v 1 im Pollenextrakt bestimmt werden. Ein Äquivalent von 1 μM Bet v 1 war im Extrakt enthalten; dies entspricht 17,8 μg/ml. Daher beträgt die Menge an Bet v 1 in 10 mg Pollen etwa 17,8 μg. Dieser Wert stimmt mit den Ergebnissen von J. Buters et al. [8, 9] überein. [5]Mercey et al.: Anal. Chem. 80(9): 3476-3482 (2008) [6]Milgram et al.: Biosensors and Bioelectronics. 26(5):2728-2732 (2010) [7] Roupioz Y. et al.: Small, 5, No. 13, 1493–1497 (2009) [8] Buters J.T.M. et al.: Allergy, Jul;65(7):850-8 (2010) [9] Buters J.T.M. et al.: Int. Arch Allergy Immunol, 145:122–130 (2008) Schlussfolgerung Die Bedeutung der SPRi-Technologie für die Detektion von Allergenen aus frisch gesammelten Pollenkörnern wird hier demonstriert. Es besteht durchaus ein echter Bedarf dafür, die Pollenexposition mit der Auswirkung auf die Gesundheit zu korrelieren. Darüber hinaus gibt es eine starke Nachfrage nach Messungen vorhandener Allergene an verschiedenen Orten, wie z.B. Büros, Kindergärten, Hotels, usw.. Momentan gibt es kein Gerät, das in Echtzeit und ohne Markierung die Menge an Allergenen schätzen kann, die in einer bestimmten Umgebung gesammelt werden. Wir zeigen hier, dass die MultiplexMethode die gleichzeitige Detektion verschiedener Allergene zur Bestimmung der Pollenmenge in der Luft ermöglicht. Dies kann dazu beitragen, dass Allergiker rasch über das Vorhandensein spezifischer Pollen in einem bestimmten Gebiet informiert werden können. Referenzen [1]Uzun et al.: Biosensors and Bioelec- tronics. Autoren M. Thibaudona, M. Hrabinab, A. Huetb, K.Mercierc, C. Schuhmacherd (a) Réseau National de Surveillance Aérobiologique (R.N.S.A.), Brussieu, France (b) Stallergenes, Antony, France (c) Horiba Scientific SAS, Palaiseau, France, (d) Horiba Jobin Yvon GmbH, Unterhaching, Germany 24(9): 2878-2884 (2009) [2]Ermini M.L. et al.: Biosens Bioelectron. 40(1):193-9 (2013) [3]Corne et al.: Analyst. 133: 1036-1045 (2008) [4]Villiers et al.: Biosensors and Bioelectro- nics. 26(4):1554-1559 (2011) Kontakt Dipl.-Chem. Cécile Schuhmacher Horiba Jobin Yvon Unterhaching [email protected] ◼ ◼ ◼ B i o t echn o l o g i e ◼ ◼ ◼ ◼ Ein Chip mit Herz Kompakte Plattform für anspruchsvolle Perfusionszellkulturen Die 3D-Zellkultur wird in naher Zukunft in der modernen medizinischen Forschung einen immensen Stellenwert einnehmen. Ihre Verbreitung reicht dabei von Assays zur Toxizitätstestung über Gewebemodelle zur Charakterisierung von Pathogenitätsmechanismen bis hin zu rekonstruierten Gewebeimplantaten. Für die Umsetzung solcher 3D-Zellkulturen stellen Lab-onChip-Systeme mit integrierten Mikropumpen ein unverzichtbares Werkzeug dar. eine interdisziplinäre Herausforderung dar. So bedürfen viele Zell- und Gewebetypen einer kontinuierlichen Nähr- und Sauerstoffversorgung und sind deshalb häufig nur in dynamischen, kontinuierlich perfundierten, miniaturisierten Labon-Chip-Systemen (LoC) etablierbar. Für einige künstlich erzeugte Gewebetypen wie Haut, Haarfolikel, Leber oder miniaturisierte Blutgefäße existieren schon weit fortgeschrittene Modelle, welche einen hohen Grad an Komplexität und somit auch organtypischer Funktionalität aufweisen. Dreidimensionale, organtypische Gewebekulturen sind aktuell noch selten, stoßen jedoch in der pharmazeutischen und kosmetischen Industrie sowie der medizinischen Forschung auf wachsendes Interesse. Sie können Gewebe- und Zellfunktionen bedeutend besser abbilden als klassische, zweidimensionale Zellkulturmodelle. Die Nachbildung von Organfunktionen durch Gewebekulturen stellt jedoch Perfusion als Schlüssel für die 3D-Zellkultur Für die Nachbildung von Gefäßen und vaskularisierten Geweben werden seit einigen Jahren perfundierte LoC verwendet, da diese die im Körper auf die gefäßauskleidenden Zellen (Endothelzellen) wirkenden Scherkräfte nachahmen können. Dazu ist es bei einfachen Assays ausreichend, die Zellen über einen gravitationsgetriebenen Flüssigkeitsstrom aus einem höherliegenden Reservoir zu versorgen. Alternativ können für komplexere Assays externe Pumpen verwendet und der Volumenstrom präzise eingestellt werden. Eine Herausforderung ist hierbei häufig das ungünstige Verhältnis von großem Medienvolumen im Vergleich zur geringen Zellzahl. Dadurch werden in der Zellkultur gebildete Wachstumsfaktoren und Botenstoffe verdünnt und so die Ausbildung organotypischer Strukturen und Funktionen vermindert oder ganz unterbunden. Ein Chip mit Herz Abhilfe kann eine in den Chip integrierte Mikropumpe schaffen. Diese fördert ähnlich dem menschlichen Herzen Zellkulturmedium oder artifizielles Blut pulsatil durch den Chip. Ermöglicht wird dies durch den Aufbau der Pumpe, bestehend BIOforum 2/2015 ◼ 21 ◼ ◼ ◼ ◼ B i o t echn o l o g i e ◼ ◼ ◼ Abb. 2: Doppelt fluoreszenzgefärbte Endothelzellen nach 8 Tagen unter Perfusion (blau: Zellkerne; rot: Oberflächenmarker) Abb. 1: Chip mit zwei separaten Mikrokreisläufen in Aufnahmevorrichtung. Pro Kreislauf je eine Mikropumpe und zwei Zellkulturkammern.“ aus einem Ein- und einem Auslassventil sowie einer Pumpkammer. Die Ventile übernehmen hierbei die Funktion der Herzklappen, die Pumpkammer die Funktion der Herzkammern. Der Antrieb der Pumpe erfolgt pneumatisch über die druckabhängige Vorwölbung von Membranen, die Bestandteil der Pumpkammer und Ventile sind. Durch eine gezielte Ansteuerung der Membranen kann eine gerichtete Strömung erzeugt werden. Über die Regulierung der Parameter Frequenz, Druck, Unterdruck und Gasvolumenstrom kann das Förderprofil der Pumpe spezifisch eingestellt und an die Physiologie angepasst werden. Die eingesetzten Membranen sind für viele Gase permeabel. Dadurch kann die Pumpe auch als Oxygenator betrieben werden und die Funktion der Lunge nachbilden. Dies ermöglicht die Einstellung der Oxygenierung des im Chip befindlichen Zellkulturmediums durch Anpassung des Sauerstoffgehalts des für den Antrieb der Pumpen eingesetzten Gases. Maßgeschneiderte Systeme dank Multilagentechnologie Für die schnelle, flexible und preiswerte Herstellung von LoC-Systemen wurde am Fraunhofer IWS eine geschlossene Technologiekette für den Multilagenaufbau lasermikrostrukturierter Folien entwickelt und erfolgreich etabliert. Im ersten Schritt wird das zu fertigende Mikrofluidiksystem konstruktiv in einzelne Lagen zerlegt, die später jeweils durch eine separate Folie oder Platte realisiert werden. Ausgehend von den funktionellen Randbedingun- 22 ◼ BIOforum 2/2015 gen erfolgt in einem zweiten Schritt für jede Lage die Auswahl der entsprechenden Folien bzw. Platten mit den notwendigen Eigenschaften (hydrophil, hydrophob, transparent, permeabel, porös). Im dritten Schritt werden die Folien und Platten mittels Lasermikromaterialbearbeitung beidseitig strukturiert und funktionalisiert. Das Zusammenfügen der einzelnen Folien und Platten zu einem Multilagensystem erfolgt im vierten und damit letzten Schritt wahlweise durch Verkleben, Bonden (thermisch, Plasma) oder Verschweißen (Laser-, Heizelement-, Warmgas-, Hochfrequenz-, Strahlungs- oder Reibungsschweißen). Das Einbringen von elastischen Lagen in einen Stapel ermöglicht die Realisierung von pneumatisch aktuierbaren Mikropumpen und -ventilen. Die Variation von Aufbau und Geometrie der Pumpkammern und Ventile bietet dabei die Möglichkeit die Charakteristik der Pumpen für verschiedene Anwendungsfälle einzustellen. Dadurch kann der Chip variabel an die jeweiligen biologischen Fragestellungen und Randbedingungen (Hypertonie, Hypotonie, Herzklappeninsuffizienz) angepasst werden. Weiterhin können durch den Multilagenansatz mikrofluidische Systeme auf mehrere Ebenen verteilt werden, was mit einer Erhöhung der Funktionalität pro Chipfläche einhergeht. Durch den Einsatz von Folien und Platten mit unterschiedlichen Eigenschaften können beispielsweise die Benetzung gezielt gesteuert und Funktionen wie KapillarStopp-Ventile, Barrieren oder eine gezielte Zellbesiedlung realisiert werden. Weiterhin lassen sich auch Folien und Platten mit aufgebrachten Dünnschichtelektroden integrieren, was den Einsatz elektrischer und elektrochemischer Sensoren und Aktoren ermöglicht. Multilagensysteme aus einer Kombination von Polycarbonat- und Silikonfolien sind gegen Ethanol beständig und lassen sich somit leicht reinigen. Darüber hinaus können sie durch Autoklavieren bei 121 °C sterilisiert werden. Für eine optimale optische Zugänglichkeit sind pneumatische und elektrische Schnittstellen am Rand angeordnet, siehe Abbildung 1. Eine passende Aufnahmevorrichtung im Mikrotiterplattenformat ermöglicht die einfache Kopplung mit etablierten Laborgeräten (Mikroskope, Fluoreszenzscanner). Steuerung und Regelung der integrierten Pumpe Das Ansteuern der Pumpen und Ventile erfolgt mit einem kompakten Controller auf Basis eines leistungsstarken Einplatinencomputers mit Linux-Betriebssystem. Dieser stellt 24 unabhängig voneinander schaltbare, pneumatische Ausgänge bereit und ermöglicht so die Ansteuerung von bis zu acht Pumpen. Die Interaktion mit dem Nutzer erfolgt über ein 7-ZollTouchscreen. Weiterhin stellt der Controller zahlreiche Schnittstellen (Ethernet, USB, RS232, RS485) für die Kopplung mit Peripheriegeräten (Sensoren, Aktoren), Datenspeichern und Netzwerken bereit. Der vollständig implementierte und erprobte Netzwerk-Stack des Linux-Kernels ermöglicht die Fernüberwachung mittels Webapplikationen auf Basis eines Webservers sowie Hypertext Transfer Protocol (HTTP) oder Hypertext Transfer Protocol Secure (HTTPS). Fernwartungszugriffe und Datenübertragungen werden über Nutzerprogramme, welche die Protokolle Secure Copy oder Secure Shell implementieren, sicher und ressourceneffizient realisiert. Die Netzwerkschnittstelle bietet weiterhin die Möglichkeit zur Kommunikation mit La- ◼ ◼ ◼ B i o t echn o l o g i e ◼ ◼ ◼ ◼ bor-Informations-Management- und Labor-Automationssystemen. Die Integration von Sensoren bietet in Kombination mit dem leistungsstarken Controller eine regelungstechnische Plattform. So kann beispielsweise ausgehend von der Sauerstoffkonzentration innerhalb des LoC und einem entsprechenden Modell die notwendige Pumpgeschwindigkeit für die bedarfsgerechte Versorgung berechnet und das System so ausgeregelt werden. fluente Ausrichtung der Zellen erreicht, wie sie an der Innenwand von menschlichen Gefäßen ebenfalls zu beobachten ist, siehe Abbildung 2. Mit dem entwickelten System ist es möglich die Interaktion von Nierenendothelzellen mit Leukozyten oder Thrombozy- ten zu untersuchen und so die Ursache für die Entstehung verschiedener degenerativer Nierenerkrankungen und ihrer Regenerationsmechanismen zu verstehen und damit Ansätze für neue Behandlungsmöglichkeiten zu eröffnen. Mehr Informationen zum Thema: http://bit.ly/3DZellkultursubstrate Kontakt Dr.-Ing. Frank Sonntag Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS , Dresden [email protected] www.iws.fraunhofer.de Mehr Informationen: http://bit.ly/GIT-Fraunhofer Erfolgreicher Einsatz in der nephrologischen Forschung In der Niere haben Endothelzellen - neben ihrer Rolle als fenestrierte Membran im Glomerulus – als natürliche Gefäßauskleidung eine wesentliche Bedeutung für die Versorgung des Gewebes und die Interaktion mit Blutzellen. Bei der Regeneration nach akutem Nierenversagen sind besonders die Interaktion der Endothelzellen mit Leukozyten und die damit verbundene Aktivierung des Immunsystems sowie der Blutgerinnung von wissenschaftlichem Interesse. Damit Regenerationsmechanismen des Nierenendothels in Zukunft ohne Tierversuche untersucht werden können, wurden die Kapillaren der Niere in einem LoC nachgebildet. Dieses stellt drei parallele Kreisläufe mit kleinen Volumina und integrierten Pumpen bereit. Darin können die, in gesunden und kranken menschlichen Nieren vorkommenden, kapillaren Flussverhältnisse nachgebildet werden. Durch das geringe Volumen der Kanalstruktur von nur 40 µl können die Anzahl der Zellen im LoC und somit die Kosten der Versuche gering gehalten werden. Die komplette Endothelialisierung der Innenwände des nur 100 µm breiten und 100 µm hohen Kanalsystems – als Nachstellung einer Kapillare – erfolgt mit menschlichen Endothelzellen. Durch die Perfusion wurde eine kon- Präzision und Sicherheit machen das Glück perfekt Memmert CO2-Brutschrank INCOmed mit IVF-Modul Höhere Erfolgsquoten für IVF aufgrund aktiver Be- und Entfeuchtung Zertifiziert als Medizinprodukt der Klasse IIa für die In-Vitro-Fertilisation Schnelle Erholzeiten aufgrund geringen Luftaustauschs Einfaches, erschütterungsarmes und sicheres Öffnen Aus leicht zu reinigendem Edelstahl, Sterilisationsprogramm ukt inprod Mediz 0179 d IVF un ese nth Biosy www.memmert.com | www.atmosafe.net WÄRMESCHRÄNKE I VAKUUMSCHRÄNKE I BRUTSCHRÄNKE I STERILISATOREN CO2- BRUTSCHRÄNKE I KLIMASCHRÄNKE I FEUCHTEKAMMERN I KONSTANTKLIMA-KAMMERN I KÜHLBRUTSCHRÄNKE I WASSERBÄDER I ÖLBÄDER 100 % ATMOSAFE. MADE IN GERMANY. MEDICA 2015 16.-19.11., Messe Düsseldorf Besuchen Sie uns: Halle 3, Stand 3C94 ◼ ◼ ◼ ◼ B i o i nf o r m a t i k ◼ ◼ ◼ In silico-Knowledge: Data- und Textmining bringen neue Erkenntnisse Goldgrube Big Scientific Data Große Datenmengen strukturieren, analysieren und nutzen Die Masse an Datenberge aus der modernen Biologie nimmt explosionsartig zu. Die Ansammlung von massiven Rohdaten aus den neu entwickelten Omics-Technologien erfordert neue Strategien. Datamining und Textmining sind die schnellen computergestützten Lösungen, um große Datenmengen aufzuarbeiten. Für viele ist Textmining eine Goldgrube geworden. Aus sämtlichen wissenschaftlichen Arbeiten werden rasch neue Erkenntnisse und neue Zusammenhänge für das Gesundheitswesen ausgegraben. Datenberge aus den Omics-Forschungsbereichen In Wikipedia sind mehr als 35 Omics-Bereiche verzeichnet. Es handelt sich dabei um verschiedene Gebiete der modernen Biologie und beinhaltet die Erfassung von großen Datenmengen. Die Wortneubildung -omics hat sich inzwischen auch 24 ◼ BIOforum 2/2015 auf andere Teilgebiete ausgeweitet. Mittlerweile wurden eine Vielzahl der eingeführten Begriffsschöpfungen mit der Nachsilbe -omics auch in die deutsche Sprache übernommen [1] Zu den bekannten Forschungsgebieten wie Genomik (Genetik), Proteomik (Eiweiße) und Metabolomik (Stoffwechsel) sind durch die modernen Methoden der Molekularbiologie viele andere klassische Fachgebiete erweitert worden. Ein besonders gutes Beispiel dafür ist die Erweiterung der klassischen Ernährung zur Nutriomics. Um ein ganzheitliches Verständnis für die Interaktion von Nährstoffen und menschlichen Organismus zu bekommen, wurden zur klassischen Ernährung weitere Omics-Technologien hinzugefügt. So hat sich die moderne Ernährung der Nutriomics mit den Gebieten Nutrigenetics (Nahrungsgenetik eines Individuum), Nutrigenomics (Ernährungsgenetik der Bevölkerung) und Nutriepigenetics (Epigenetik) ergänzt. Die neu gewonnenen Zusammenhänge und Erkenntnisse sollen vor allem die Entwicklung von Ernährungsstrategien für häufig vorkommende Herz-Kreislauf- © Junede - Fotolia.com ◼ ◼ ◼ B i o i nf o r m a t i k ◼ ◼ ◼ ◼ deren das humane Genomproject gezeigt, dass die zielgerechte Nutzung und Analyse von humanen Sequenzen, ein komplexes Management für Datenspeicherung und anschließende Datenverarbeitung erforderlich macht. Das humane Genomprojekt wurde in 2002 durch die Entschlüsselung der kompletten humanen DNA-Sequenz (Genomics), die in öffentlichen Datenbanken erhältlich ist, abgeschlossen. Mit der Bereitstellung von mehr als 3 Milliarden DNA-Basenpaaren war einer der ersten Schritte getan, um das gesamte Genom des menschlichen Organismus auf der Ebene der Desoxyribonukleinsäure (DNA) systematisch zu untersuchen. Obwohl der Code der DNA aus nur den 4 Basen, Adenin (A), Thymin (T), Cytosin (C) und Guanin (G) besteht, enthält sie die gesamte Information um den menschlichen Körper zu entwickeln. Exom-Sequenzierung Erkrankungen oder Diabetes vorantreiben. Sicherlich hat jeder OmicsBereich seine eigene Besonderheit und seine eigenen charakteristischen Eigenschaften. Eine Omics-übergreifende Vernetzung wird für die meisten Omics-Bereiche noch angestrebt. Eine größere Herausforderung ist sicherlich die Verknüpfung von OmicsBereichen aus der roten Biotechnologie (medizinische Biotechnologie) und der grünen Biotechnologie (Agrargentechnik). Sie erfordert einen multidisziplinären Ansatz und die enge Zusammenarbeit von Spezialisten und Forschungsteams. Human Genomprojekt: Genomics In der Flut der exponentiellen Entwicklung von riesigen Datenmengen hat im Beson- Ziel war es, die wichtigen codierenden und funktionellen Bereiche der DNA genaustes zu identifizieren und relevante Bereiche für die biomedizinische Anwendung zu erkennen. Da nur ca. 5 % des gesamten Genoms für Proteine kodierend sind, mussten die funktionellen Bereiche der Sequenzen, den sogenannten exprimierten Exonbereiche, gefiltert werden. Daraus entwickelten sich die verschiedensten Hochdurchsatzsequenzierungs-Techniken, die unter dem Begriff Next Generation Sequencing Technologien (NGS) zusammengefasst werden. [2] Das humane Genom Projekt wurde in 2008 auf das 1000-Genome-Projekct erweitert um eine Vielzahl an Sequenzen und deren Varianten miteinander vergleichen zu können [3]. Diese Erweiterung war natürlich eine neue Dimension in unserem Genomzeitalter, die nicht nur die medizinische und pharmazeutische Anwendungsbereiche vorantreibt, sondern auch die elektronische Datenspei- cherung und Verarbeitung herausfordert. Die Speicherkapazitäten von Computern wurden für Rohdaten von Genomsequenzen im Umfang von sechs Petabyte (6 Millionen Gigabytes) erweitert. Computergestützte Lösungen für BIG Scientific Data Um Datenanalysen und Auswertungen im großen Maßstab durchzuführen und möglichst viele Eigenschaften parallel zu messen, benötigt es an der Entwicklung von geeigneten computergestützten Hilfsmitteln und ausgefeilten Analyseprogrammen. Sicherlich ist hier bei der Entwicklung von solchen Analyseprogrammen, die einen Organismus als ganzes System betrachten und auf allen Ebenen miteinander vergleichen, Expertenwissen von Spezialisten gefragt [4]. Intelligente Werkzeuge und computergesteuerte Lösungen zur Analyse, Klassifizierung und Mustererkennung von unstrukturierten Rohdaten sind mittlerweile als DataminingTechnologien frei zugänglich zu herhalten. Die Welt der DNA-Moleküle kann mit klinischen Daten und Bilderverarbeitungen und auch epidemischen Fragestellungen daher auf viel bessere Weise vernetzt und verknüpfen werden. Interessant ist dabei auch die finanzielle Seite: es wurde prognostiziert, dass durch das Herausfiltern von relevante Daten für das Gesundheitswesen, das sogenannte Datamining, in den Vereinigten Staaten eine Kosteneinsparung von 450 Billionen Dollar einbringen würde [4]. Textmining zum Erkenntnisgewinn In der Flut der exponentiellen Entwicklung von Rohdaten aus den Omics-Technologien und deren Analysen roduktWeitere P nen auf o ti a m r fo in om ubrand.c www.vacu Gekonnt und sicher! 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Programme und Computerplattformen wurden entwickelt, die es ermöglichen im großen Maßstab wissenschaftliche Text zu filtern. Ein sogenannter Textmining-Prozess bietet so- Tabelle 1: Datenbanken zur automatischen Analyse von wissenschaftlichen Texten: Textmining Name Angaben URL ALIBABA http://alibaba.informatik.hu-berlin.de AnneO‘Tate http://arrowsmith.psych.uic.edu/cgi-bin/arrowsmith_uic/AnneOTate.cgi AskMedline http://askmedline.nlm.nih.gov/ask/ask.php Chillibot http://www.chilibot.net Copub http://services.nbic.nl/copub/portal Coremine medical www.coremine.com DPWP GenList http://dpwebpage.nia.nih.gov eTBLAST http://bioinformatics.ca/links_directory/database/10750/etblast Eurotos: Brain http://www.euretos.com/brain Facta+ http://www.nactem.ac.uk/facta/ Ferret http://omictools.com/ferret-s10159.html GeneValorization http://www.bioguide-project.net GoPubMed http://www.gopubmed.com/web/gopubmed/www/GoPubMed/Search/index.html HubMed http://git.macropus.org/hubmed Interact http://www.ebi.ac.uk/intact Liger-Cat http://ligercat.ubio.org MEDIE http://www.nactem.ac.uk/medie MedlineRanker http://omictools.com/medlineranker-s5075.html MedMiner http://discover.nci.nih.gov/host/1999_medminer_abstract.jsp Medstory http://www.medstory.com MedSum http://webtools.mf.uni-lj.si/public/medsum.html MeshPubMed http://www.nlm.nih.gov/bsd/disted/meshtutorial MiSearch http://portal.ncibi.org/gateway/misearch.html Novoseek https://www.crunchbase.com/product/novoseek PICO http://pubmedhh.nlm.nih.gov/nlmd/pico/piconew.php PMinstant http://pminstant.com/ ProteinCorral http://ubio.bioinfo.cnio.es/biotools/textmining/node/136 PubAnatomy http://pubanatomy.org/ PubCrawler http://pubcrawler.gen.tcd.ie PubFlow http://www.pubflow.uni-kiel.de PubFocus http://www.pubfocus.com PubGet http://pubget.com Pubmatrix http://pubmatrix.grc.nia.nih.gov PubMedReminer http://hgserver2.amc.nl/cgi-bin/miner/miner2.cgi PubNet https://www.pubnet.org PubReminer http://hgserver2.amc.nl/cgi-bin/miner/miner2.cgi PubViz https://connect.umms.med.umich.edu Quertle http://www.quertle.com ReleMed http://pages.citebite.com Twease http://omictools.com/twease-s5981.html XplorMed http://xplormed.ogic.ca Conference on Big Data Analysis and Data Mining: http:// datamining.conferenceseries.com 26 ◼ BIOforum 2/2015 gar die Möglichkeit, die Gesamtheit der wissenschaftlichen Arbeiten, miteinbegriffen Abstracts, Papers, Posters und auch Patente, systematisch nach relevanten Fragestellungen zu untersuchen. Einige Firmen nutzen solche Textmining-Strategien mit dem Ziel neue Querverbindungen und neue Wirkstoffe zu entdecken. Für viele ist Textmining eine Goldgrube geworden. Aus allen aktuellen Publikationen werden rasch neue Erkenntnisse und neue Zusammenhänge ausgegraben. Die Liste der frei erhältlichen Software Programme zur automatischen Analyse von wissenschaftlichen Texten ist lang (Tabelle 1) Sicherlich bieten diese Programme oder Plattformen ein hinreichendes Hilfsmitteln um auf dem neusten Stand zu bleiben und Wissenslücken zu schließen [5]. Inzwischen hat sich dazu auch der neue Begriff Bibliomics etabliert und beinhaltet die komplette Ansammlung von biologischen Veröffentlichung und der damit assoziierten Information. Dazu entsprechend wurde auch der Begriff Bibliome geschaffen, und umfasst die Gesamtheit der biologischen Literatur. Zusammenfassend zeigt sich, dass – omics und Data- und Textmining auf vielen Ebenen neue Möglichkeiten für die Wissenschaft eröffnet, die in den kommenden Jahren sicherlich noch an Bedeutung gewinnen wird. Während es früher vor allem eine Herausforderung war, Daten zu gewinnen, ist es in diesen Bereichen heute vor allem eine Herausforderung die großen Datenmengen zu strukturieren, zu analysieren und übergeordnete Muster zu erkennen und zu nutzen. Referenzen [1] Wikipedia. URL: https://de.wikipedia.org/wiki/omik [2] Neveling, K. und Hoischen, A.: Einführung in die Grundlagen der Hochdurchsatzsequenzierung. medizinische genetik, 26(2), 231-238 (2014) [3] 1000 Genomes. URL: http://www.1000genomes. org [4] Herland, M. et al.: A review of data mining using big data in health informatics. Journal of Big Data, 1(1), 1-35 (2014) [5]Wikipedia.URL: https://en.wikipedia.org/wiki/ List_of_text_mining_software Informationen zu Fortbildungen: www.biobioseminars.com Kontakt Dr. Jutta Wirth Bioseminars & Wageningen University Niederlande [email protected] www.biobioseminars.com ◼ ◼ ◼ P r o d uk t e ◼ ◼ ◼ ◼ Anzeige Neue Monochromator Technologie und atmosphärische Gaskontrolleinheit für Mikroplattenreader Der Clariostar mit Dreifachtechnologie LVF MonochromatorenTM, Filtern und einem UV/Vis Spektrometer ermöglicht eine Vielzahl von Applikationen in allen Detektionsmethoden. Die LOD-Spezifikationen für Fluoreszenz-Intensität und -Polarisation belegen die außergewöhnliche Sensitivität des Mikroplattenreaders. Die neue atmosphärische Gaskontrolleinheit ermöglicht die schnelle Anpassung der physiologischen Rahmenbedingungen für zellbasierte Assays. Sie ist vollständig in die Steuerungssoftware des Readers integriert, Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff lassen sich schnell und einfach regulieren. Die Gaskonzentrationen werden über das gesamte Experiment aufgezeichnet und mit den Messergebnissen dargestellt. Vielseitiges Dispensier-System In Kombination mit Combitips advanced, stellt die Multipette E3/E3x ein vielseitiges Dispensier-System dar, das nach dem Direktverdrängerprinzip arbeitet und mit dem daher jede Flüssigkeit unter Einhaltung der höchsten Standards für präzise Ergebnisse pipettiert werden kann. Der motorbetriebene Dispenser gewährleistet höchst präzise Volumenkontrolle, verbesserte Genauigkeit und Reproduzierbarkeit sowie eine Minimierung der physischen Belastung. Die Modi für Dispensierserien tragen durch die reduzierte Zahl nötiger Bewegungen zum ermüdungsfreien Arbeiten bei: Mit einer einzigen Spitzenbefüllung sind bis zu 100 Dispensierschritte möglich. Das System ist ein Laborinstrument für alle Liquid Handling-Anwendungen, mit dem mehr als 5.000 unterschiedliche Volumina zwischen 1 μL und 50 mL dispensiert werden können. Stand-Nr.: Halle 9, DO5 Eppendorf www.eppendorf.com BMG LABTECH www.bmglabtech.com Thermoelektrischer Kühlbrutschrank Vakuum für Filtration und SPE in der Probenvorbereitung Vacuubrand bietet ein Portfolio umweltfreundlicher Membran-Vakuumpumpen an – mit unterschiedlicher Vakuumleistung und anwendungsoptimierter Ausstattung. Die ölfreien Vakuumpumpen zeichnen sich durch besondere Laufruhe, Robustheit, lange Wartungsintervalle und Lebensdauer aus. Jeder Pumpentyp ist auch erhältlich in einer chemiefesten Ausführung für aggressive Dämpfe und Gase. Einstufige Pumpen mit einem Endvakuum von bis zu 70 mbar werden bevorzugt bei der Filtration klarer Flüssigkeiten ohne Schwebstoffe eingesetzt, wie beispielsweise zur Auffindung von Quellen mikrobieller Kontamination durch Membranfiltration. Für die Vakuumbegrenzung gibt es den optionalen Ausbau mit Vakuumanzeige und Regulierventil. Hier empfehlen sich die Pumpen aus der ME 1 Familie mit 100 mbar Endvakuum und einem Gasdurchsatz von 0,7 m³/h. Für Mehrfachfiltrationen mit 3- und 6-fach-Absaugungen gibt es die Pumpen aus der NT-Baureihe. Vacuubrand www.vacuubrand.com Mit dem KT 170 ergänzt Binder seine Kühlinkubatoren-Produktfamilie KT mit PeltierTechnologie. Der Kühlbrutschrank mit einem Innenraumvolumen von 170 Litern verfügt bei gleichem Footprint wie das nächstkleinere Modell KT 115 über 65 Prozent mehr Nutzraum und ist flexibel einsetzbar. Das Gerät arbeitet geräuscharm; die Peltier-Kühleinheit kommt ohne klimaschädliche oder brennbare Kältemittel aus. Zudem ist es energieeffizient, insbesondere bei Betrieb um Raumtemperatur. Der elektronisch geregelte Temperaturbereich liegt bei 4 °C bis 100 °C, wobei das Maximum hauptsächlich für die Innenraum-Desinfektion gedacht ist. Zuverlässige und reproduzierbare Inkubationsbedingungen schafft die Vorwärmkammertechnologie des Herstellers. Sie ermöglicht eine homogene Temperaturverteilung durch einen beidseitigen horizontalen Luftstrom auch bei voller Beladung sowie schnelle Aufheiz- und Erholzeiten. Binder www.binder-world.com Für das digitale Klassenzimmer Das Rasterkraftmikroskop-System 9500 AFM (Atomic Force Mircroscope) von Keysight ist eine integrierte Lösung, bestehend aus einer Software, einem neuen breitbandigen digitalen Controller und einer Scaneinheit mit Scan-Raten von bis zu 2 s/Bild (256x256 Pixel). Das für Anwendungen in der Forschung und Entwicklung konzipierte System ist eignet sich für anspruchsvolle AFM-Anwendungen in den Bereichen Materialwissenschaft, Life Science, Polymerwissenschaft und Charakterisierung elektrischer Materialeigenschaften. Die hohen Scan-Raten verdanken sich der Quick-Scan-Technologie des Herstellers. Die als Systemoption verfügbare Quick-Scan-Technologie wird durch das hochleistungsfähige Imaging- und Analysesoftwarepaket Nanonavigator gesteuert. Dieses bietet außerdem eine Auto-Drive-Funktion, die sämtliche Parameter des Systems automatisch konfiguriert und optimiert. Leica Microsystems bringt zwei WLANfähige Geräte für den MikroskopieUnterricht in den Fächern Biologie, Anatomie, Chemie, Geologie sowie Materialkunde auf den Markt: das Stereomikroskop Leica EZ4 W mit integrierter Kamera und die an Ausbildungsmikroskope anschließbare Digitalkamera Leica ICC50 W. Beide Systeme übertragen HDBilder über WLAN direkt an die mobilen Geräte der Studenten. Die zugehörige Airlab-App gibt es sowohl für iOS- als auch für Android-Geräte. Damit können Bilder erfasst, kommentiert, ausgetauscht und organisiert werden, was zu mehr Interaktion im Klassenraum beiträgt. Lehrkräfte haben mehr Zeit für das eigentliche Unterrichten, denn beim Auf- und Abbau lässt sich Zeit sparen. Da die Kamera direkt an das Mikroskop angeschlossen werden kann, wird nur ein Stromkabel per Mikroskop benötigt. Keysight www.keysight.com Leica Microsystems www.leica-microsystems.com Rasterkraftmikroskop BIOforum 2/2015 ◼ 27 ◼ ◼ ◼ ◼ P r o d uk t e ◼ ◼ ◼ Mikroskopkameras Wägeflexibilität auf engem Raum Jenoptik stellt seine Mikroskop-KameraProduktreihe Progres Gryphax vor, mit der die Qualitätssicherung mittels digitaler Bildverarbeitung verbessert werden soll. Sie baut auf der Progres-Mikroskopkamera-Familie des Herstellers auf. Das erste Modell, die Progres Gryphax Subra, ist eine USB 3.0-Kamera, die sich insbesondere durch die intuitiv bedienbare Software-Oberfläche sowie einen optimierten Workflow auszeichnet. Sie ist speziell auf die Bedürfnisse der Qualitätsbewertung und -kontrolle ausgerichtet. Neu ist die Live-Panorama-Funktion, bei der eine großflächige Probe in Echtzeit automatisch gescannt und zu einem finalen Gesamtbild zusammengesetzt wird. Auch die Nutzerfreundlichkeit des Z-Stacking-Tools wurde erhöht. Die auf den Betriebssystemen Windows, MAC und LINUX identische Oberfläche und Funktionalität sorgt für ein reibungsloses Arbeiten an allen Mikroskop-Arbeitsplätzen. Mettler Toledo hat eine kompakte, batteriebetriebene ML-T-Waagenserie auf den Markt gebracht. Mit besonders kleiner Stellfläche und einer überdurchschnittlich großen Waagschale sorgen die Waagen für Platz zur effizienten Durchführung von Wägearbeiten. Integrierte Anwendungen sowie eine intuitive Benutzeroberfläche sorgen für einfache Bedienung – auch für ungeübte Anwender. Die große TFT-Farbanzeige (4,5 Zoll) mit Touchscreen-Funktion gewährleistet eine intuitive Benutzerführung, unterstützt durch deutliche Symbole. Der Gewichtswert bleibt so lange rot, bis die Einwaage über dem vorprogrammierten Mindestwert liegt. Sobald das Einwägen abgeschlossen ist, können die Resultate direkt an einen Drucker gesendet oder kabellos an einen PC übertragen werden. Jenoptik Optical Systems www.jenoptik.com Fluoreszenz-Scanning von Objektträgern Dualer Reporterassay Der Nano-Glo Dual-Luciferase Reporter (NanoDLR) Assay von Promega ermöglicht die Untersuchung der Genregulation unter physiologischen Bedingungen. Dabei bestimmt der duale Reporterassay die Aktivität von Firefly- und Nanoluc-Luciferase in nur einem Ansatz. Dank verbesserter Firefly-Chemie und der kleinen, hochsensitiven Nanoluc-Luciferase können Wissenschaftler bereits kleine Änderungen in der Genexpression messen. Durch die Flexibilität im Assay-Design können sowohl Firefly als auch Nanoluc als experimentelle Vektoren eingesetzt werden. Bestehende duale Systeme lassen sich somit problemlos adaptieren. Die Lagerung des Reagenzes bei Raumtemperatur erleichtert zudem die Handhabung. Eine weitere Einsatzmöglichkeit des NanoDLR Assays ist der „Coincident Reporter Assay“. Diese Methode wird in der Medikamentenentwicklung für das Hochdurchsatzscreening von Substanzbibliotheken eingesetzt. Promega www.promega.com MobIVA – In-vitro Motility Assay-Kit für Motorproteine Das Kit enthält alle Komponenten zur Durchführung eines Motorprotein Assays. Benutzerfreundlichkeit und kurze Vorbereitungs- und Durchführungszeiten ermöglichen den optimalen und vielseitigen Einsatz von MobIVA in schulischer, außerschulischer und universitärer Ausbildung sowie für Forschungsanwendungen. Das Grundprinzip beruht auf der Wechselwirkung von immobilisiertem Myosin (in Form von HMM) und filamentösem fluoreszenzmarkiertem Aktin. Durch ATP-Verbrauch wird das Aktin vom Myosin voran bewegt, die Geschwindigkeit der Aktinfilamente kann mittels Videoaufnahmen gemessen werden. CLS Cell Lines Service www.clsgmbh.de 28 ◼ BIOforum 2/2015 Mettler Toledo www.mt.com Die jüngste Version des virtuellen Scanning-Systems VS120 von Olympus ermöglicht schnelles und zuverlässiges Scannen ganzer Objektträger. Sie wurden im Hinblick auf Präzision und Genauigkeit besonders im HochgeschwindigkeitsFluoreszenz- und Hellfeld-Scanning überarbeitet und sind nun in der Lage, einen Objektträger im Hellfeld in weniger als zwei Minuten zu scannen. Das System ermöglicht darüber hinaus präzises Scannen auch im Phasenkontrast, Dunkelfeld, bei Polarisation und bei der Mehrkanal-Fluoreszenz. Der Slide-Scanner VS120-S6 mit seinem Scanning-Tisch kann bis zu sechs Objektträger automatisch scannen und unterstützt exaktes Scannen und präzises Stitching mit verschiedenen Objektiven, wie beispielsweise 60x- und 100x-Ölimmersionsobjektiven oder 30x- und 60x-Silikonimmersionsobjektiven. Olympus Deutschland www.olympus-lifescience.com Anzeige Handbuch THOMAFLUID® III: Schlauch- und Rohrverbinder aus Kunststoff Im Handbuch THOMAFLUID® III stellt RCT Reichelt Chemietechnik auf über 100 Seiten ein breites Spektrum unterschiedlicher Rohr- und Schlauchverbinder vor. Dazu zählen Tüllen bzw. Verschraubungen für Mikro- und Makroanwendungen mit metrischen und zölligen Abmessungen. Alle Verbinder sind in verschiedenen Werkstoffen wie PA, PP, PVDF, PTFE, PFA und POM sowie in unterschiedlichen Formen (gerade, Winkel-, Kreuz-, etc.) lieferbar. Spezielle Highlights des Handbuchs sind: ▪▪ Kunststoff-Rohrverbinder aus leitendem Material, welche sowohl in den Werkstoffen PP wie auch PVDF angeboten werden. Der Ableitwiderstand der Baureihe liegt für PP bei <102 Ω und für PVDF bei <103 Ω. ▪▪ Schnellverbinder für Rohre, bei denen das Verbinden ohne zusätzliches Werkzeug erfolgt. Sämtliche im Handbuch THOMAFLUID® III vorgestellten Produkte liefert RCT Reichelt Chemietechnik just in time und ohne Mindestmengenzuschläge auch in Kleinstquantitäten. Das Handbuch ist im Service-Bereich von www.rct-online.de als PDF-Datei abrufbar und kann in gedruckter Form kostenlos per Mail angefordert werden: [email protected] oder per Fax unter 06221-312510. RCT Reichelt Chemietechnik www.rct-online.de © momius/Fotolia BUYERS GUIDE www.git-labor.de/buyers-guide Weitere Anbieter finden Sie unter www.git-labor.de/buyers-guide Platzieren Sie hier Ihre Formatanzeige! – Sprechen Sie uns an! © djama - Fotolia.com Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA Boschstr. 12 D-69469 Weinheim Tel.: +49 (0) 6201 606 101 Fax.: +49 (0) 6201 606 790 [email protected] www.git-labor.de 1.1 Chromatographie Altmann Analytik GmbH & Co. KG Tel.: 089/724805-90 | Fax: -91 [email protected] www.analytics-shop.com HPLC-Säulen, GC-Säulen & Chromatographie-Verbrauchsmaterial CS-Chromatographie Service GmbH Am Parir 27 · 52379 Langerwehe Tel.: 02423/40493-0 · Fax: -49 Online-Shop: www.cs-chromatographie.de Chromatographie-Zubehör, Trennsäulen für CE, GC, HPLC und Zubehör TECHLAB GmbH Büchnerstraße 5 · 38118 Braunschweig Tel.: 0531/886192-0 · Fax: -200 [email protected] · www.techlab.de Herstellerübergreifender HPLC Service, HPLC Zubehör, Säulen, Geräte, Software Technical Laboratory Services Europe GmbH & Co. KG Weidkamp 180 · 45356 Essen Tel.: 0201/8619-130 · Fax: -231 [email protected] · www.teclabs.de Herstellerübergreifender Service für HPLC & GC 1.2 Instrumentelle Analytik Knick PF 370415 · 14134 Berlin Beuckestr. 22 · 14163 Berlin Tel.: 030/80191-0 · Fax: -200 [email protected] · www.knick.de Leitfähigkeitsmessgeräte Löser Meßtechnik Kaiserstr. 24 · 13589 Berlin Tel.: 030/8147317-0 · Fax: -1 www.loeser-osmometer.de Osmometer 1.4 Mess-, Prüf- und Regeltechnik BRONKHORST HIGH-TECH BV [email protected] www.massflowcontroller.com Durchflussmess- und Regelgeräte DataPhysics Instruments GmbH Raiffeisenstr. 3 · 70794 Filderstadt Tel. 0711/770556-0 · Fax: -99 [email protected] www.dataphysics.de Emulsionsstabilitätsmessgeräte, Kontaktwinkelmessgeräte, Tensiometer und Feuchtegeneratoren KRÜSS GmbH Borsteler Chaussee 85 22453 Hamburg Tel.: 040/51 44 01-0 · Fax: -98 [email protected] · www.kruss.de Kontaktwinkelmessgeräte, Tensiometer, Foam Analyzer Kübler-Alfermi GmbH Thermometer-, Aräometerfabrik, Stephanienstr. 42/44 76133 Karlsruhe Tel.: 0721/22491 · Fax: 27903 Refraktometer Peter Huber Kältemaschinenbau GmbH Werner-von Siemens-Str. 1 77656 Offenburg-Elgersweier Tel.: 0781/96030 · Fax: 57211 www.huber-online.com Thermostate 1.6 Optische Systeme anthos Mikrosysteme GmbH 47807 Krefeld Tel.: 02151/3779-0 · Fax: -29 Luminometer, Photometer TECAN DEUTSCHLAND GmbH 74564 Crailsheim Tel.: 07951/94170 Fax: 5038 Photometer 1.9 Trenntechnik/Separation Hermle Labortechnik GmbH Siemensstr. 25 · 78564 Wehingen [email protected] www.hermle-labortechnik.de Kühlzentrifugen, Zentrifugen filtration ® Infolabel AG Grossrietstrasse 7 CH-8606 Nänikon/Uster Tel.: +41 44 944 93 00 Fax: +41 44 730 46 28 [email protected] · www.funda.ch Filtertechnik SIGMA Laborzentrifugen PF 1713 · 37507 Osterode/Harz Tel.: 05522/5007-0 · Fax: -12 www.sigma-laborzentrifugen.de Laborzentrifugen, Zentrifugen Hettich-Zentrifugen Föhrenstr. 12 · 78532 Tuttlingen Tel.: 07461/705-0 · Fax: -1125 www.hettichlab.com [email protected] Zentrifugen 1.10 Spektroskopie Horiba Jobin Yvon GmbH PhotoMed-Group Inningerstr. 1 · 82229 Seefeld Tel.: 08152/99309-0 · Fax: -8 Fluoreszenzspektrometer Soliton GmbH, 82205 Gilching Tel.: 08105/7792-0 · Fax: -77 [email protected] IR Spektrometer, Raman Spektroskopie, Spektrographen 2 Dienstleistungen 1.8 Sensorik JULABO GmbH Eisenbahnstr. 45 · 77960 Seelbach Tel.: 07823/51-0 · Fax: -2491 www.julabo.com Thermostate Knick PF 370415 · 14134 Berlin Beuckestr. 22 · 14163 Berlin Tel.: 030/80191-0 · Fax: -200 [email protected] · www.knick.de PH-Messgeräte und Elektroden © peshkova - Fotolia.com 1 Analytik Buyers Guide 2015 Innovating Spectroscopy WICOM Germany GmbH Liebigstr. 24, 64646 Heppenheim Tel.: 06252/6737-0, www.wicom.com Chromatographie, Laborbedarf, Probenvorbereitung Besuchen Sie unseren Online-Shop www.wicom.com mit > 200.000 Produkten für GC und HPLC. 30 ◼ BIOforum 2/2015 2.1 Laborabzugsprüfung Avantes BV Tel. +31 313 670 170 [email protected] www.avantes.com TINTSCHL BIOENERGIE UND STRÖMUNGSTECHNIK AG Goerdelerstr. 21 · 91058 Erlangen Tel.: 09131/81249-10 · Fax: -19 Laborabzugsprüfungen Buyers Guide 2015 Weitere Anbieter finden Sie unter www.git-labor.de/buyers-guide 3 Laborbedarf/ Verbrauchsmaterial SCHNEIDER Elektronik GmbH Industriestr. 4 · 61449 Steinbach Tel.: 06171/88479-0 · Fax: -99 www.schneider-elektronik.de Lüftungstechnik für Laborabzüge, Laborräume und Gebäude. Energieeffiziente Regelungen und Frontschieber-Schließsysteme. Sichern Sie sich Ihren Platz im Buyers Guide und präsentieren Sie Ihr Unternehmen in jeder Ausgabe der GIT Labor-Fachzeitschrift und des BIOforum! Gerne erstellen wir Ihnen ein individuelles Angebot. © Ioana Drutu - Fotolia.com Kontakt: Dr. Stefanie Krauth – [email protected] CAMPRO SCIENTIFIC GmbH Darser Str. 2a · 14167 Berlin Tel.: 030/6290189-0 · Fax: -89 [email protected] · www.campro.eu Stabile und Radio-Isotope Goodfellow GmbH, PF 1343 61213 Bad Nauheim Tel.: 0800 1000 579 (freecall) Fax: 0800 1000 580 (freecall) Polymere Westfalen AG, 48155 Münster Tel.: 0251/695-0 · Fax: -194 www.westfalen.com Laborgase 3.2 Kits/Arrays ltf-Labortechnik GmbH & Co. KG 88142 Wasserburg Tel.: 08382/9852-0 · Fax: -32 High-Resolution Melt RCT Reichelt Chemietechnik GmbH + Co. Englerstraße 18 · D-69126 Heidelberg Tel: 06221/3125-0 ∙ Fax: -10 [email protected] ∙ www.rct-online.de Schläuche & Verbinder, Halbzeuge aus Elastomeren & Kunststoffen ROLAND VETTER Laborbedarf OHG PF 47 · 72117 Ammerbuch Tel.: 07073/6936 · www.rvetter.de Laborhilfsmittel 3.4 Qualitätskontrolle & Standards CAMPRO SCIENTIFIC GmbH Darser Str. 2a · 14167 Berlin Tel.: 030/6290189-0 · Fax: -89 [email protected] · www.campro.eu Umweltstandards Goodfellow GmbH, PF 1343 61213 Bad Nauheim Tel.: 0800 1000 579 (freecall) Fax: 0800 1000 580 (freecall) Reinmetalle 3.5 Reinstwassersysteme Goodfellow GmbH, PF 1343 61213 Bad Nauheim Tel.: 0800 1000 579 (freecall) Fax: 0800 1000 580 (freecall) Keramiken 4.1 Einrichtung & Medienversorgung Bense GmbH Laborbau 37181 Hardegsen Tel.: 05505/9452-0 · Fax: -90 [email protected] Laboreinrichtungen CASPAR & CO. LABORA GmbH Rottstr. 19 · 52068 Aachen Tel.: 0241/9464-930 · Fax: -913 Abzüge, Laboreinrichtungen DIE LABORFABRIK GmbH Tel.: 0421/43840-0 · Fax: -33 www.die-laborfabrik.de Laboreinrichtungen ILA Innovative Laborarmaturen GmbH Tel.: 06258/9495-0 · Fax: -10 info@ila-gmbh · www.ila-gmbh.de Laborarmaturen 3.3 Laborbedarf Dinkelberg analytics Tel.: 08230/899-400 · Fax: -411 [email protected] www.analytics-shop.com Wasserbäder, Verpackungstester, allgemeiner Laborbedarf Systemceram GmbH & Co. KG PF 11 55 · 56425 Siershahn Tel.: 02623/600-10 · Fax: -790 [email protected] www.systemceram.de Laborbecken, Labortischplatten © SHOCK.CO.BA - Fotolia.com 3.1 Chemikalien/Gase 4 Laboreinrichtung Evoqua Water Technologies GmbH Fahrenberg 8 · 22885 Barsbüttel Tel.: 040/67086-86 · Fax: -844 [email protected] www.evoqua.com Laborwasseraufbereitung Sartorius AG, Göttingen Tel.: 0551/308-0 [email protected] www.sartorius.com Reinstwasser Laborbau Systeme Hemling GmbH & Co. KG Siemensstr. 10 · 48683 Ahaus Tel.: 02561/68762-0 · Fax: -62 www.laborbau-systeme.de Laboreinrichtungen ÖGUSSA Edelmetalle Tel.: 0043/1/86646-0 · Fax: -4224 www.oegussa.at Platingeräte www.voetsch-ovens.com [email protected] Sterilisatoren WEIDNER Laboreinrichtungs GmbH 37181 Hardegsen Tel.: 05505/94799-0 · Fax: - 20 www.weidner-laboreinrichtungen.de GLOVE-BOX (CNS/Acryl), Laboreinrichtungen 4.2 Reinigungs - und Desinfektionsautomaten Riebesam GmbH & Co. KG Tel.: 03933/9332-39 · Fax: -44 [email protected] · www.riebesam.de Reinigungs - und Desinfektions-Automaten 4.3 Sicherheit B-SAFETY GmbH Grützmühlenweg 46 · 22339 Hamburg Tel.: 040/538092-10 · Fax: -84 Augenduschen CASPAR & CO. LABORA GmbH Rottstr. 19 · 52068 Aachen Tel.: 0241/94649-30 · Fax: -13 Augenduschen, Notduschen ILA Innovative Laborarmaturen GmbH Tel.: 06258/9495-0 · Fax: -10 info@ila-gmbh · www.ila-gmbh.de Notduschen MIC GmbH 32049 Herford [email protected] www.schutzbrillen.biz Schutzbrillen BIOforum 2/2015 ◼ 31 Weitere Anbieter finden Sie unter www.git-labor.de/buyers-guide 5.5 Thermische Geräte 5 Laborgeräte © Marko Subotin - Fotolia.com Sichern Sie sich Ihren Platz im Buyers Guide und präsentieren Sie Ihr Unternehmen in jeder Ausgabe der GIT Labor-Fachzeitschrift und des BIOforum! Gerne erstellen wir Ihnen ein individuelles Angebot. Kontakt: Dr. Stefanie Krauth – [email protected] OKW Gehäusesysteme GmbH Tel.: 06281/404-00 www.okw.com Gehäuse 5.1 Laborgeräte/Maschinen Avestin Europe GmbH Tel.: 0621/7245-980 · Fax: -813 www.avestin.com Hochdruck-Homogenisatoren GFL Ges. für Labortechnik mbH Schulze-Delitzsch-Str. 4 30938 Burgwedel Tel.: 05139/9958-0 · Fax: -21 www.GFL.de · [email protected] Schüttelapparate, Inkubatoren, Schüttelwasserbäder,Wasserbäder, Wasserdestilllierapparate LABOMATIC Instruments GmbH Ringstr. 13, CH-4123 Allschwil, Schweiz Tel. +41 61 485 80 00 [email protected] Präparative Chromatographie, Präparative Liquid-Handling-Systeme, Präparative HPLC TECAN DEUTSCHLAND GmbH 74564 Crailsheim Tel.: 07951/94170 Fax: 5038 Laborautomatisierung 5.3 Pumpen & Vakuumtechnik SCHNEIDER Elektronik GmbH Industriestr. 4 · 61449 Steinbach Tel.: 06171/88479-0 · Fax: -99 www.schneider-elektronik.de Lüftungstechnik für Laborabzüge, Laborräume und Gebäude. Energieeffiziente Regelungen und Frontschieber-Schließsysteme. Systec GmbH Postfach 1101 · 35435 Wettenberg Tel.: 0641/98211-0 · Fax: -21 Autoklaven 32 ◼ BIOforum 2/2015 Buyers Guide 2015 5.2 Laborautomation/ Liquid Handling LABOMATIC Instruments GmbH Ringstr. 13, CH-4123 Allschwil, Schweiz Tel. +41 61 485 80 00 [email protected] Präparative Chromatographie, Präparative Liquid-Handling-Systeme, Präparative HPLC ltf-Labortechnik GmbH & Co. KG 88142 Wasserburg Tel.: 08382/9852-0 · Fax: -32 Pipettier-Roboter RCT Reichelt Chemietechnik GmbH + Co. Englerstraße 18 · D-69126 Heidelberg Tel: 06221/3125-0 ∙ Fax: -10 [email protected] ∙ www.rct-online.de Schläuche & Verbinder, Halbzeuge aus Elastomeren & Kunststoffen 5.4 Probenvorbereitung CAMPRO SCIENTIFIC GmbH Darser Str. 2a · 14167 Berlin Tel.: 030/6290189-0 · Fax: - 89 [email protected] · www.campro.eu Automatisierte Probenvorbereitungs systeme www.voetsch-ovens.com [email protected] Sterilisatoren GFL Ges. für Labortechnik mbH Schulze-Delitzsch-Str. 4 30938 Burgwedel Tel.: 05139/9958-0 · Fax: -21 www.GFL.de · [email protected] Hybridisierungsinkubator, Mini-Inkuba toren, Tiefkühltruhen- und Schränke Hettich-Zentrifugen Föhrenstr. 12 · 78532 Tuttlingen Tel.: 07461/705-0 · Fax: -1125 www.hettichlab.com [email protected] Brut- und Kühlbrutschränke, Tiefkühlgeräte bis –86 °C www.voetsch-ovens.com [email protected] Sterilisatoren 5.6 Trocknungsgeräte Martin Christ GmbH PF: 1713 · 37507 Osterode, Tel.: 05522/5007-0 · Fax: -12 www.martinchrist.de [email protected] Gefriertrocknungsanlagen und 50 und 50 ssgeräte, mbH nalysen ensorik de und 50 räte 8 e de H -qd.de rik, 3 aration Hermle Labortechnik GmbH Siemensstr. 25 · 78564 Wehingen [email protected] 1.4 Mess-, Prüf- und www.hermle-labortechnik.de Regeltechnik Kühlzentrifugen, Zentrifugen uns an! finden Sie unter 1 Analytik www.git-labor. de/buyers-guide Buyers Guide 20 13 1.81.3Spektroskopie Lichtquellen Peter Huber Kält DURATEC Ana lysentechnik GmbH Rheinauer Str. 4 · 68766 Hoc kenheim Tel.: 06205/9450 -0 www.duratec.de · Fax: -33 Deuteriumlamp en ema Werner-von Siem schinenbau GmbH ens-Str. 1 77656 Offenbu rg-E Tel.: 0781/96030 lgersweier · Fax: 57211 www.huber-online .com Thermostate 1.5 Optische Sys teme 30 Anschläge bzw. 23 Versalien je Drucksatz SIGMA Laborzentrifugen LOT-QuantumDesign GmbH anthos Mikrosysteme GmbH 1.6 Sensorik AQUALYTIC® LOT-QuantumDe 47807 Krefeld sign GmbH PF 1713 · 37507 Osterode/Harz Tel.: 06151/8806 Tel.: 02151/3779 Tel.: 06151/8806-0 · [email protected] -0 -0 Schleefstr. 12 · 44287 Dortmund www.lot-qd.com/ · [email protected] Luminometer, Phot · Fax: -29 de ometer Tel.: 05522/5007-0 · Fax: -12 www.lot-qd.com/de Lichtquellen für Grundeintrag Forschung & Tel.: 0231/94510-755 · Fax: -750 Entwicklung, Hohl kathodenlampen www.sigma-laborzentrifugen.de FT-IR Spektrometerzubehöre, AQUALYTIC (max. 4 Zeilen + max. 3 Stichwörter) [email protected] Schleefstr. 12 AQUALYTIC® · 44287 Dortmun Laborzentrifugen, Zentrifugen Spektrometerzubehör UV-FTIR d Tel.: 0231/945 PhotoMed Gm 10-755 · Fax: -750 bH verkauf@aqualyti Inningerstr. 1 6www.aqualytic.de Monate € 350 12 Monate Schleefstr. € 68012 · 44287 Dortmund 1.1 Chromatographie Tel.: c.de · 82229 Seefeld www.aqualytic.de 08152/99309-0 Trübungsmesser · Fax: -8 Photometer Lichtquellen Tel.: 0231/94510-755 · Fax: -750 pro Zusatzzeile € 80 pro Zusatzzeile € 160 PhotoMed GmbH [email protected] TECAN DEUTSC Inningerstr. 1 · 82229 Seefeld HLAND GmbH 74564 Crailshe www.aqualytic.de Gesamtkosten x Anzahl Rubrik im 1.4 Mess-, Prü f- und -8 Tel.: 07951/94170 Fax: 503 BRONKHORST HIGH-TECH BV Tel.: 08152/99309-0 · Fax: 8 PH-Meter, Redox-Messung CS-Chromatographie Photometer Regeltechnik Service GmbH [email protected] Fluoreszenzspektrometer Am Parir 27 · 52379 Langerwe AQUALYTIC Hettich-Zentrifugen he Tel.: 02423/4049 www.massflowcontroller.com 3-0 · Fax: -49 Schleefstr. 12 Online-Shop: · 44287 Dortmun d Tel.: 0231/945 1.6 Sensorik Föhrenstr. 12 · 78532 Tuttlingen Durchflussmessund Regelgeräte www.cs-chromat 10-755 · Fax: -750 Knick ographie.de verkauf@ Soliton GmbH, aqualytic.de82205 Gilching Chromatographie-Z ubehör, Trennsäu Tel.: 07461/705-0 · Fax: -1125 www .aqualytic.de len PF 370415 · 14134 Berlin für CE, GC, HPLC und Zubehör AQUALYTIC Tel.: 08105/7792-0 · Fax: -77Sch Trübungsmesser www.hettichlab.com leefstr. 12 · 442 Beuckestr. 22 · 14163 Berlin 87 Dortmund Tel.: 0231/945 [email protected] 10-755 · Fax: -750 [email protected] verkauf@aqualyti BRONKHORS Tel.: 030/80191-0 · Fax: -200 c.de T HIG H-T IR Spektrometer, Raman Spektroskopie, www ECH BV 1.2 Instrument .aqualytic.de info@bronkhor elle st.co Zentrifugen Ana m lytik PH-Meter, Redo [email protected] · www.knick.de www.massflowco x-Messung ntroller.com Spektrographen Durchflussmessund Regelgeräte PH-Messgeräte und Elektroden Knick AQUALYTIC PF 370415 · 141 Schleefstr. 12 34 Berlin · 44287 Dortmun JULABO GmbH Beuckestr. 22 d Tel.: 0231/945 · 141 10-755 · Fax: -750 Tel.: 030/80191-0 63 Berlin verkauf@aqualyti Eisenbahnstr. 451.8 · 77960 Seelbach · Fax: -200 c.de Spektroskopie [email protected] www .aqu alyti LEO KÜBLER GMBH BSB-Mess c.de · www.knick.de JULABO GmbH PH-Messgeräte Tel.: 07823/51-0 · Fax: -2491 ung, Leitfähigkeits und Elektroden Eisenbahnstr. messgeräte, Sauerstoffmessger 45 · 77960 See Thermometer-, Aräometerfabrik, äte, Wasseranaly lbach 2 Tel.: 078 sen 23/5 www.julabo.com 1-0 · Fax: -249 1 LEO KÜBLER www.julabo.com Stephanienstr. 42/44 GMBH Thermometer-, Thermostate Thermostate Aräometerfabrik Knick , Stephanienstr. 76133 Karlsruhe 42/44 PF 370415 · 141 76133 Karlsruh 34 Berlin e Beuckestr. 22 · Tel.: 0721/22491 14163 Berlin KRÜSS GmbH, Tel.: 0721/22491 · Fax: Tel.: 27903 · Fax: 27903 030/80191-0 · Refraktometer Wissenschaftli Fax: -200 [email protected] che Laborgeräte 30 Anschläge bzw. 23 Versalien je Drucksatz Refraktometer · www.knick.de Borsteler Cha ussee 85 Leitfähigkeitsmes KRÜSS GmbH, sgeräte 22453 Hamburg Tel.: 040/51 44 01-0 · Fax: -98 Wissenschaftliche Laborgeräte 1.7 Trenntechnik [email protected] LOT-QuantumDesign GmbH · www.kruss.d /Separation KRÜSS GmbH, e Tensiometer Borsteler Chaussee· 85 Wissenschaftli Tel.: 06151/8806-0 [email protected] che Laborgeräte Borsteler Cha usse e 85 22453 Hamburg Grundeintrag 22453 Hamburg www.lot-qd.com/de 1.7 Trenntechnik/Separation Tel.: 040/51 44 filtration 01-0 · Fax: -98 Tel.: 44 01-0 · Fax: -98 [email protected] FT-IR040/51 Spektrometerzubehöre, (max. 4 Zeilen + Logo + max. 3 Stichwörter) · www.kruss.d e Kontaktwinkelmes [email 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Analytik ❏ 1.1. Chromatographie ❏ 1.2. Instrumentelle Analytik ❏ 1.3. Lichtquellen ❏ 1.4. Mess-, Prüf- und Regeltechnik ❏ 1.5. Mikroskopie & Imaging ❏ 1.6. Optische Systeme ❏ 1.7. Partikelmesstechnik ❏ 1.8.Sensorik ❏ 1.9. Separation ❏ 1.10. Spektroskopie ❏ 1.11. Titration Firma Straße Telefon/Telefax Ansprechpartner ❏ 2. Dienstleistungen ❏ 2.1. Analytik ❏ 2.2. Händler und Vertriebspartner ❏ 2.3. Laborabzugsprüfung ❏ 2.4. Synthesen PLZ, Ort E-Mail ❏ 3. Laborbedarf / Verbrauchsmaterial ❏ 3.1. Chemikalien / Gase ❏ 3.2. Kits/Arrays ❏ 3.3. Laborbedarf ❏ 3.4. Qualitätskontrolle & Standards ❏ 3.5. Reinstwassersysteme ❏ 3.6 Zellkultur Gewünschte Stichworte ❏ 4. Laboreinrichtung ❏ 4.1. Einrichtung & Medienversorgung ❏ 4.2. Reinigungs- und Desinfektionsautomaten ❏ 4.3. Sicherheit 1. Stichwort 2. Stichwort ❏ 5. Laborgeräte ❏ 5.1. Laborgeräte / Maschinen ❏ 5.2. Laborautomation / Liquid Handling ❏ 5.3. Pumpen & Vakuumtechnik ❏ 5.4. Probenvorbereitung ❏ 5.5. Thermische Geräte ❏ 5.6. 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Jahrgang | Januar 2014 ❏ 6 Monate ❏ 12 Monate ❏ bis auf Widerruf ▪ 1 Ausgabe BIOforum ▪ 6 Ausgaben GIT Auflage 210.000 Expl. ▪ 2 Ausgaben BIOforum ▪ 12 Ausgaben GIT Auflage 420.000 Expl. 1 30 121 Gewünschte Laufzeit Schwerpunkt: Materialforschung Datum Ihre Ansprechpartner Dr. Stefanie Krauth ▪ Tel.: 06201 606 728 ▪ [email protected] Claudia Vogel ▪ Tel.: 06201 606 758 ▪ [email protected] www.gitverlag.com Unterschrift FIRMASEITE FIRMASEITE FIRMASEITE Binder27 Helmholtz Zentrum für Infektionsforschung 10 Olympus28 Bioseminars & Wageningen University 24 Horiba Jobin Yvon 18 PromegaTitelseite, 8, 28 BMG Labtech 27 Jenoptik28 Reichelt Chemietechnik Carl Roth 19 Keysight27 Sigma15 CLS28 Labfolder6 The National Institute of Nutrition and Seafood Research 13 Eppendorf27 Leica Microsystems 27 University of Würzburg 16 Fraunhofer IPA 6 Memmert 23 Vacuubrand Fraunhofer IWS 21 Mettler Toledo 28 IMPRESSUM Herausgeber: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA GIT VERLAG Boschstr. 12 69469 Weinheim Geschäftsführung Dr. Jon Walmsley Sabine Steinbach Director Isabel Brenneisen Tel.: 06201/606-716 [email protected] Verkauf Dipl. Ing. Oliver Gerber Tel.: 06201/606-717 [email protected] Dr. Stefanie Krauth Tel.: 06201/606-728 [email protected] Roy Opie Anzeigenleitung Vanessa Winde Tel.: 06201/606-721 [email protected] Redaktionsleitung Dr. Martin Friedrich Tel.: 06201/606-715 [email protected] Redaktion Dr. Arne Kusserow (Chefredaktion) Tel.: 06201/606-732 [email protected] Dr. Birgit Washburn Tel.: 06201/606760 [email protected] Dr. Martin Graf-Utzmann Tel.: 06201/606766 [email protected] Assistenz Tina Weber Tel.: 06201/606751 [email protected] Yadigar Manav Tel.: 06201/606-752 [email protected] Bettina Willnow Tel.: 06201/606-770 [email protected] Dipl.-Betriebsw. Andreas Zimmer Tel.: 06201/606-763 [email protected] Wissenschaftlicher Beirat Prof. Dr. H. Brunnhöfer, Frankfurt/Main Prof. Dr. P. Czermak, Gießen Prof. Dr. S. Diekmann, Jena Prof. Dr. A. J. Driesel, Kronberg/Taunus Dr. J. Hoheisel, Heidelberg Prof. Dr. H. Robenek, Münster Prof. Dr. H. Rübsamen-Waigmann, Wuppertal Dr. F. Eiden, Dortmund Herstellung Christiane Potthast Kerstin Kunkel (Anzeigen) Layout/Litho Ramona Kreimes Titelgestaltung Elke Palzer Druck pva, Druck und Medien Landau 28, Beilage 25, 27 Druckauflage: 30.000 2015 erscheinen 2 Ausgaben BIOforum Zurzeit gilt die Anzeigenpreisliste Nr. 52 vom 1.10.2014 Preise 2015 2 Ausgaben: Einzelheft 15,40 € (zzgl. MWSt. + Porto) 50 % Rabatt für Studenten gegen Vorlage einer gültigen Bescheinigung. Bankkonten Commerzbank AG, Mannheim Konto Nr.: 07 511 188 00, BLZ: 670 800 50 BIC: DRESDEFF670 IBAN: DE94 6708 0050 0751 1188 00 Originalarbeiten Mit Autorennamen gekennzeichnete Beiträge stehen in der Verantwortung des Autors. 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