Intrazellulärer Transport von Partikeln: Leben in dichten und aktiven Netzwerken

• Antragstellerin: Dr. Tatjana Sentjabrskaja
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329436529

Intrazellulärer Transport von Partikeln ist grundlegend um die komplexe Maschinerie des Lebens in lebenden Zellen aufrecht zu erhalten. Daher wird sowohl von der Seite der Zellbiologie als auch der Biophysik intensiv versucht, die zugrundeliegenden Mechanismen zu erkunden und aufzuklären. Hauptziel dieses Projektes ist es zu verstehen, wie die Kombination aktiver Prozesse im Nichtgleichgewicht und Effekte dichter Packung den komplexen Transport von Tracer-Partikeln im Zytoplasma beeinflussen. Konkret schlage ich hier vor, ein rekonstruiertes Zytoskelett als Modellsystem zu verwenden, welches lediglich eine minimale Anzahl zellulärer Komponenten beinhaltet, um ein quantitatives Verständnis der durch Motoren getriebenen aktiven als auch passiven physikalischen Prozesse im Zytoskelett im Hinblick auf die Diffusionsbewegung von Tracer-Teilchen zu erzielen.Die Charakterisierung der Dynamik über einen weiten Bereich von Zeit- und Längenskalen soll mittels der sogenannten Differentiellen Dynamischen Mikroskopie (DDM) erfolgen. Diese vor Kurzem entwickelte experimentelle Technik stellt eine vielversprechende Kombination moderner Mikroskopie und Konzepten aus der Lichtstreuung dar, wobei eine Reihe von limitierenden Faktoren der etablierten Methoden, beispielsweise von single-particle tracking oder konventioneller Lichtstreuung, elegant umgangen werden. Ursprünglich wurde DDM im Bereich der weichen Materie entwickelt und verwendet, um die Dynamik von Teilchen in verdünnten Suspensionen zu bestimmen. Mittels einer Erweiterung, welche ich während meiner Promotion entwickelt habe, lassen sich mit DDM auch sehr konzentrierte und mehrkomonentige Systeme untersuchen. Diese Erweiterung ermöglicht nun auch die Anwendung der Technik auf biologische Systeme, die typischerweise dicht gepackt sind und aus vielen Komponenten bestehen, um umfangreiche räumliche und zeitliche Information der Teilchenbewegung zu gewinnen. Dieses interdisziplinäre Projekt eröffnet damit eine neue Forschungsrichtung in der Biophysik, gleichzeitig ermöglicht es mir, meine Expertise in weicher Materie um biologisch relevante Systeme zu erweitern.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Gastgeberin: Professorin Dr. Gijsje Koenderink