Befruchtung unter dem Röntgenstrahl
© Joana C. Carvalho
Nachdem die Eizelle von einem Spermium befruchtet wurde, zieht sich die Eihülle zusammen und schützt den Embryo, indem sie mechanisch das Eindringen weiterer Spermien verhindert. Diesen neuen Einblick hat nun ein Team des Karolinska Instituts u.a. durch Messungen an den Röntgenlichtquellen BESSY II, DLS und ESRF gewonnen.
Die Befruchtung bei Säugetieren beginnt, wenn sich ein Spermium an die Eihülle heftet: diese Hülle muss das Spermium durchdringen, um mit der Eizelle zu verschmelzen. Jetzt hat ein internationales Team die Struktur und Funktion des Proteins ZP2 im Detail entschlüsselt. ZP2 ist eine Komponente des Eihüllenfilaments, die eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der Interaktion zwischen Ei- und Samenzelle bei der Befruchtung spielt.
"Es war bekannt, dass ZP2 gespalten wird, nachdem das erste Spermium in die Eizelle eingedrungen ist, und wir erklären, wie dieses Ereignis die Eihülle härter und undurchlässiger für andere Spermien macht", sagt Luca Jovine, Professor am Department of Biosciences and Nutrition, Karolinska Institutet, der die Studie leitete. "Dies verhindert Polyspermie - die Verschmelzung mehrerer Spermien mit einer einzigen Eizelle - was für den Embryo fatal ist“.
Einsatz von KI Alphafold
Die Forscher*innen kombinierten Röntgenkristallographie und Kryo-EM, um die 3D-Struktur der Eihüllenproteine zu untersuchen. Die Interaktion zwischen Spermien und Eiern, die Mutationen im ZP2-Protein tragen, wurde an Mäusen untersucht, während das KI-Programm AlphaFold verwendet wurde, um die Struktur der Eihülle beim Menschen vorherzusagen.
Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit den Universitäten Osaka und Sophia in Japan und der Universität Pittsburgh in den USA durchgeführt, die Messdaten stammen aus Experimenten bei SciLifeLab und an den Röntgenquellen ESRF, DLS und BESSY II.
- BESSY II: Neue Probenumgebung erlaubt Einblick in thermokatalytische ProzesseEine neuartige Messzelle ermöglicht erstmals Untersuchungen mit weicher und harter Röntgenstrahlung unter hohen Drücken von bis zu 20 bar und Temperaturen von bis zu 400 °C. Dies liefert neue Erkenntnisse über thermokatalytische Prozesse, wie beispielsweise die Fischer-Tropsch-Synthese zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe. Die Entwicklung der Messzelle gilt als Meilenstein im Rahmen des Care-O-Sene-Projekts.
- Magnetische Bildgebung: Mikroblumen verstärken das lokale MagnetfeldMaterialien mit magnetischen Nanostrukturen bieten viele Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise in der Spintronik. Um solche Materialien zu untersuchen, sind magnetisch empfindliche Bildgebungsverfahren im Nanobereich geeignet, bisher konnten während des Bildgebung jedoch nur schwache Magnetfelder angelegt werden. Nun hat eine internationale Forschungsgruppe unter der Leitung von Dr. Sergio Valencia vom HZB einen Ansatz entwickelt, der diese Einschränkung überwindet. Das Team entwarf winzige Magnetflusskonzentratoren (MFCs). Die Geometrie der MFCs ähnelt einer Blume und fokussiert das angelegte Magnetfeld auf das Zentrum, in dem die Probe sitzt. Die „Mikroblumen“, die das Magnetfeld lokal verstärken, können in vielen nanometrischen magnetischen Mikroskopieverfahren eingesetzt werden.
- Unordnung erzeugt neue Eigenschaften in VerbindungshalbleiternEin internationales Forschungsteam hat gezeigt, dass intrinsische Unordnung im Verbindungshalbleiter CuInSnS₄ genutzt werden kann, um dessen optische Eigenschaften zu beeinflussen. Optische Anregungen (Exzitonen) reagieren empfindlich auf die lokale Anordnung der Atome. Dabei zeigen sie überraschenderweise eine richtungsabhängige Reaktion, obwohl die durchschnittliche Kristallstruktur kubisch ist. Diese Erkenntnisse werfen ein neues Licht auf den Zusammenhang zwischen Unordnung und Materialeigenschaften und eröffnen neue Möglichkeiten für ein gezieltes „Unordnungs-Engineering“ in optoelektronischen und photokatalytischen Bauelementen.