Lebenswissenschaften - Gruppen

Kassel-Schwiete Forschungsgruppe: Entwicklung pharmakologischer Proben

Sebastian Thallmeier

Computergestützte Modellierung und theoretische Methoden sind heute ein wichtiger, nicht mehr wegzudenkender Aspekt in den Lebenswissenschaften mit dem Ziel, immer verlässlichere Modellierung immer komplexerer Systeme zu ermöglichen. Unsere Gruppe verwendet Methoden, die mit unterschiedlicher räumlicher und zeitlicher Auflösung arbeiten. Zum einen kommen quantenchemische Methoden zur Anwendung, die auf der Berechnung der Wellenfunktion der Elektronenwolke um die klassischen Kerne basiert. Außerdem verwenden wir klassische Moleküldynamik mit unterschiedlichen Auflösungen. Während bei der feineren atomistischen Auflösung jedes Atom als ein Teilchen dargestellt wird, werden bei grobkörnigen Simulationen mehrere Atome zusammengefasst. Dies vereinfacht die betrachteten Moleküle und ermöglicht so längere Simulationen von größeren (bio)molekularen Systemen. Generell gilt, dass genauere Methoden einen größeren Rechenaufwand mit sich bringen, wodurch ihre Anwendung auf kürzere Prozesse und kleinere Systeme beschränkt ist.

Der thematische Fokus unserer Arbeit liegt im Bereich der Biophysik und medizinischen Chemie. Insbesondere beschäftigen wir uns mit der Entwicklung und Charakterisierung pharmakologisch wirksamer Moleküle. Dabei spielt die Erforschung der Wechselwirkung zwischen Proteinen und kleinen Molekülen, die meist nur mit einem einzigen oder einer sehr kleinen Gruppe von Proteinen wechselwirken, eine wichtige Rolle. Zunächst möchten wir verstehen, warum ein Molekül mit dem einen Protein sehr stark wechselwirkt und mit anderen Proteinen nicht. Basierend darauf können wir beispielsweise definierte Veränderungen an dem Molekül vornehmen, um die gewünschte Wechselwirkung zu verstärken. Ziel ist es, Moleküle zu entwickeln, die mit spezifischen Proteinen wechselwirken, welche wiederum bei Krankheiten eine Rolle spielen. Diese pharmakologisch wirksamen Moleküle können dann im Labor synthetisiert, getestet und weiter verbessert werden, sodass unsere Forschung einen Beitrag zur Entwicklung neuer Medikamente leisten kann.

Weitere Forschungsthemen, unsere wissenschaftlichen Veröffentlichungen sowie unser Engagement in der Öffentlichkeitsarbeit finden Sie auf den Seiten Forschung und Publikationen. Aktuelle Neuigkeiten aus unserer Gruppe lesen Sie gleich im Anschluss.

Fellow Detail

Forschung und Publikationen

News 2022

14.11.2022 — Vergangene Woche haben Cristina und Sebastian drei Tage auf dem "2nd Martini Developers Meeting" auf Malta verbracht. Dort fand ein intensiver Austausch mit den Hauptentwickler-Gruppen über aktuelle und kommende Entwicklungen des grobkörnigen Martini-Kraftfelds statt.

03.11.2022 — Herzlich Willkommen, Marieli Goncalves Dias! Marieli ist Doktorandin an der Campinas Universität und dem Brazilian Biosciences National Laboratory in Campinas, Brasilien. Sie wird ein Jahr als Gastdoktorandin in der Thallmair-Gruppe verbringen um Moleküldynamiksimulationen von Kernrezeptoren durchzuführen.

20.10.2022 — Wir haben eine optimale Beschreibung von Cholesterol mit dem grobkörnigen Kraftfeld Martini entwickelt. Dies verhindert die Entstehung künstlicher Temperaturgradienten in Simulationen biologischer Membranen. Zusammen mit Kollegen am CMMS und MPI für Biophysik haben wir unsere Ergebnisse in einer Vorveröffentlichung zusammengefasst.  

04.10.2022 — Unsere Veröffentlichung über lichtschaltbare cross-linker wurde unter dem Titel "Light-Responsive Linkers for the Control of Biomolecules" in ChemistryViews auf Englisch zusammengefasst.

08.09.2022 — Das Tubby-Protein spielt eine wichtige Rolle für die Kommunikation zwischen Zellen. In Zusammenarbeit mit Wissenschafltern aus Marburg und Groningen konnten wir eine bislang unbekannte, zweite Bindestelle des Signallipids PI(4,5)P2 identifizieren. Sie erhöht die Sensitivität von Tubby für das Signallipid maßgeblich. Mehr Details dazu finden Sie in dem FIAS-News-Artikel und in der Veröffentlichung "Two cooperative binding sites sensitize PI(4,5)P2 recognition by the tubby domain", die in Science Advances erschienen ist.

03.09.2022 — Lichtschaltbare cross-linker können an zwei Stellen mit Biomolekülen verbunden werden und dann durch kontrollierte Bestrahlung mit Licht die Funktion der Biomoleküle verändern. Gemeinsam mit Wissenschaftern der Universität Groningen haben wir solche cross-linker mit verbesserter Wasserlöslichkeit entwickelt und charakterisiert. Die Ergebnisse sind unter dem Titel "Photoswitchable, water-soluble bis-azobenzene cross-linkers with enhanced properties for biological applications" im Journal ChemPhotoChem erschienen.

24.06.2022 — Unser Artikel zur Häufigkeit von Abbrüchen in Moleküldynamiksimulationen mit dem Titel "Small ionic radii limit time step in Martini 3 molecular dynamics simulations" ist in The Journal of Chemical Physics erschienen. In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern im CMMS und am MPI für Biophysik haben wir Lösungen erarbeitet, um größere Zeitschritte in Martini 3 Simulationen zu ermöglichen und so deren Effizienz zu steigern. Vielen Dank an Balázs Fábián und Gerhard Hummer für die gute Zusammenarbeit!

09.05.2022 — Letzte Woche hat Cristina einen Vortrag mit dem Titel "Coarse-grained modeling of salbutamol and salmeterol binding to β2-adrenergic receptor" in der Doktoranden-Edition der BioExcel Webinar Serie gehalten. Für alle, die den Vortrag verpasst haben, gibt es eine Aufzeichnung auf der BioExcel Webseite.

13.04.2022 — Zu große Zeitschritte in Molekükdynamiksimulationen können zu häufigen Abbrüchen der Simulation führen. Zusammen mit Kollegen im CMMS und MPI für Biophysik haben wir ein statistisches Modell für die Häufigkeit solcher Abbrüche entwickelt. Das Modell und eine Analyse von Abbrüchen in Simulationen mit dem grobkörnigen Kraftfeld Martini 3 sind in unserer Vorveröffentlichung zusammengefasst.

11.04.2022 — Glutathion ist für das zelluläre Redoxpotential verantwortlich sowie an zellulären Signalprozessen beteiligt. In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern aus der Schweiz haben wir einen quantitativen Glutathionsensor entwickelt und charakterisiert. In einer Vorveröffentlichung zeigen wir, dass der Sensor sowohl in der gesamten Zelle also auch in bestimmten Organellen eingesetzt werden kann, um die Glutathionmenge zu bestimmen. 

01.04.2022 — Cristina wurde auf der virtuellen Konferenz "BioExcel School on Biomolecular Simulations" mit einem Posterpreis für ihr Poster "Coarse-grained modeling of salbutamol and salmeterol binding to β2-adrenergic receptor" ausgezeichnet! Damit verbunden darf sie ihre Forschungsergebnisse in einem Vortrag bei dem BioExcel Webinar am 3. Mai vorstellen. Herzlichen Glückwunsch, Cristina!

01.04.2022 — Zusammen mit Forschern an der Universität Groningen haben wir einen Übersichtsartikel geschrieben, in dem wir uns der Rolle von katalyse-induzierter Bewegung von Enzymen widmen und deren möglichen Einfluss auf den zellulären Metabolismus. Mehr dazu finden Sie in unserer Veröffentlichung mit dem Titel "Perspective: A stirring role for metabolism in cells", die in Molecular Systems Biology erschienen ist.

08.03.2022 — Die Entwicklung von lichtschaltbaren Medikamenten stellt eine besondere Herausforderung dar, da sie Elemente der medizinischen Chemie und der Photochemie verbindet. In unserer Veröffentlichung im Journal of Medicinal Chemistry zeigen wir zusammen mit Wissenschaftlern aus den Niederlanden und Deutschland, wie computergestützte Methoden erfolgreich dazu beitragen können, lichtschaltbare Inhibitoren für ein bakterielles Enzym zu entwickeln.

03.01.2022 — Bei starker Lichteinstrahlung ist es für Photosynthese-betreibende Organismen wichtig, sich vor zu viel Lichtenergie zu schützen. Gemeinsam mit Wissenschaftlern aus den Niederlanden und Italien haben wir herausgefunden, dass sich bei einem der bekannten Regulationsmechanismen Teile der Proteinstruktur und die Lipidaffinität ändern. Mehr über die NMR Messungen und gröbkörnigen MD Simulationen erfahren Sie in unserer Veröffentlichung im Biophysical Journal.

01.01.2022 — Die Thallmair-Gruppe wünscht allen ein frohes neues Jahr!

Mitglieder

Cristina Gil Herrero

Cristina Gil Herrero

Doktorand/in

Büro: 0|301 (FIAS)
Tel.: +49 69 798 47691

Goncalves DIas

Marieli Goncalves Dias

Doktorand/in

Büro: 0|300 (FIAS)
Tel.: +49 69 798 47665

Ehemalige Mitglieder