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Die Molekül-Sortiermaschine

Für die chemische Analyse von Biomolekülen bekommt die TU Wien neue "high-tech"-Messgeräte von der Firma Shimadzu für das Labor Metabolomik und Bioprozeßanalytik.

G. Allmaier, J. Fröhlich, S. Seidler, H. Danninger (Dekan der Fakultät Technische Chemie), R. Kaubek (Geschäftsführer der Fa. Shimadzu Austria) und M. M. Marchetti-Deschmann (Laborverantwortliche)

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G. Allmaier, J. Fröhlich, S. Seidler, H. Danninger (Dekan der Fakultät Technische Chemie), R. Kaubek (Geschäftsführer der Fa. Shimadzu Austria) und M. M. Marchetti-Deschmann (Laborverantwortliche)

G. Allmaier, J. Fröhlich, S. Seidler, H. Danninger (Dekan der Fakultät Technische Chemie), R. Kaubek (Geschäftsführer der Fa. Shimadzu Austria) und M. M. Marchetti-Deschmann (Laborverantwortliche)

G. Allmaier, J. Fröhlich, S. Seidler, H. Danninger (Dekan der Fakultät Technische Chemie), R. Kaubek (Geschäftsführer der Fa. Shimadzu Austria) und M. M. Marchetti-Deschmann (Laborverantwortliche)

R. Kaubek (Shimadzu) und G. Allmaier (TU Wien)

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R. Kaubek (Shimadzu) und G. Allmaier (TU Wien)

R. Kaubek (Shimadzu) und G. Allmaier (TU Wien)

R. Kaubek (Shimadzu) und G. Allmaier (TU Wien)

Die japanische Firma Shimadzu stellt der TU Wien ab sofort eine Reihe topmoderner Messgeräte zur Verfügung, mit denen die Forschungsgruppe rund um Prof. Günter Allmaier nun den Stoffwechsel von Mikroorganismen chemisch untersuchen wird. Dabei sollen auch an der TU Wien neue Techniken und Strategien in der Bioprozessanalytik (PAT) entwickelt werden. Im Gegenzug kann Shimadzu in den Labors der TU Wien die modernen Geräte interessierten Kunden präsentieren.

Ein Kooperationsvertrag zwischen Shimadzu und der TU Wien wurde am 21. August 2012 von Ing. Robert Kaubek (Shimadzu), dem Vizerektor für Forschung der TU Wien Prof. Johannes Fröhlich und Prof. Günter Allmaier, Vorstand des Instituts für Chemische Technologien und Analytik, unterzeichnet.

Die komplexe Chemie der Mikroorganismen
Unter dem Begriff "Metabolom" werden alle charakteristischen Stoffwechseleigenschaften einer Zelle oder eines Organismus zusammengefasst. Das bessere Verstehen des Metaboloms von Mikroorganismen ist heute von großer industrieller Bedeutung: Oft werden heute Mikroorganismen gezielt eingesetzt – beispielsweise um pharmazeutische Wirkstoffe oder Industrieenzyme zu erzeugen. Die verschiedenen Zwischenprodukte des Stoffwechselvorganges werden als "Metaboliten" bezeichnet. Sie zu identifizieren und zu quantifizieren ist allerdings schwierig, weil man es oft mit einer sehr großen Anzahl von Biomolekülen gleichzeitig zu tun hat. "Wir wollen die vielen verschiedenen Moleküle charakterisieren und quantifizieren, die beim Stoffwechsel eine Rolle spielen und mit Proteom-, Lipidom- und Genomdaten verknüpfen. Dazu müssen wir sie zunächst sauber voneinander trennen und hochsensitiv detektieren – und das gelingt am besten mit den neuen Geräten", erklärt Günter Allmaier. "Indem wir die Metabolite und ihre Interaktionen umfassend analysieren, soll die Grundlage für ein rationales Bioengineering von Mikroorganismen geschaffen werden."

Von kleinen zu großen Molekülen
Manche dieser Stoffe kann man verdampfen, ohne dass sie zerstört werden. Dann können sie in einem Kapillargaschromatographen getrennt werden. Die einzelnen Komponenten des Gemisches treten zu unterschiedlichen Zeitpunkten aus dem Chromatographen aus. In einem zweiten Schritt werden die Komponenten in einem Massenspektrometer in Ionen umgewandelt und noch genauer sortiert: Die Ionen werden in einem elektrischen Feld beschleunigt und in einem Quadrupolfilter aufgetrennt sodass ihr Identität (via Ionen-"Fingerabdruck") bestimmt werden kann. Auch das Mengenverhältnis der verschiedenen Ionen lässt sich so messen.

Eine Messung – viele Messwerte
"Nicht alle Biomoleküle können verdampft werden, manche werden durch hohe Temperaturen zerstört", erklärt Günter Allmaier. "Daher ist es für uns wichtig, auch einen Ultrahochdruck-Flüssig-Chromatographen in unserem Labor zu haben, der mit dem derzeit schnellsten Triplequadrupol-Massenspektrometer gekoppelt ist." wie die Laborverantwortliche Martina Marchetti-Deschmann festhält. In einer einzigen Messung kann damit eine extrem hohe Anzahl an polaren Biomolekülen quantifiziert werden. Die MRM-Technik (multiple reaction monitoring) kann bis zu 500 Komponenten gleichzeitig – in einem Analysenlauf - bestimmen.

Mit der Firma Shimadzu kooperiert Prof. Allmaier schon seit Jahren auf dem Gebiet der Instrumentierung im Bereich MALDI Flugzeitmassenspektrometrie. "Für unsere Forschung sind diese "high-end" Messgeräte von großer Bedeutung – und die Firma Shimadzu hat natürlich ihrerseits Interesse daran, dass mit ihren Geräten neue hochpräzise Analysenstrategien entwickelt werden", erklärt Günter Allmaier.

Vizerektor Johannes Fröhlich merkt an: "Die zur Verfügung gestellten Massenspektrometer und Chromatographen wurden im neu errichteten, mit Topgräten ausgestatteten "Surface Analysis Center" installiert und werden unseren biowissenschaftlich arbeitenden ForscherInnen innovative Möglichkeiten in der Bioanalytik öffnen. Dieser Erfolg bekräftigt uns in der Strategie hochwertige Ausrüstung in Geräte-Forschungszentren zu bündeln und damit die Sichtbarkeit der Infrastruktur sowie v.a. der damit verbundenen wissenschaftlichen Expertise für mögliche Forschungs-und Kooperationspartner in Akademia und Industrie zu erhöhen."

Nähere Information:
Prof. Günter Allmaier
Institut für Chemische Technologien und Analytik
Technische Universität Wien
Getreidemarkt 9, 1060 Wien
T: +43-1-58801-15160
guenter.allmaier@tuwien.ac.at