Emeritus Gruppe Prof. Dr. Ernst Bamberg

Emeritus Gruppe Prof. Dr. Ernst Bamberg

Funktionsanalyse elektrogener Membranproteine

Der Forschungsschwerpunkt der Emeritusgruppe liegt auf der Funktionsanalyse elektrogener Membranproteine. Transporter, Ionenpumpen sowie Ionenkanäle werden derzeit untersucht. Es werden elektrische, elektrophysiologische und spektroskopische Methoden angewendet.

Das methodische Spektrum wird durch Ansätze zur Proteinreinigung und Molekularbiologie vervollständigt, um eine detaillierte Ansicht des Transports durch die Membran zu erhalten. Kinetische Methoden werden angewendet, um den Transport und die Konformationsdynamik der Proteine ​​in situ und in vitro zu untersuchen.

Das Hauptthema ist die Funktions- und Strukturanalyse von mikrobiellen Rhodopsinen, die als optogenetische Werkzeuge verwendet werden können. Der bekannteste Akteur innerhalb dieser Proteinklasse ist Channelrhodopsin 2 (ChR2). ChR2 wurde von uns als der erste lichtgesteuerte Kanal beschrieben, der zu einem lang ersehnten Werkzeug in der Neurobiologie wurde, da seine Insertion in elektrisch erregbare Zellen (Neuronen, Muskelzellen) die Depolarisation und damit die Aktivierung der Zellen bewirkt. Die Expression von ChR2 zusammen mit lichtaktivierten Rhodopsin-ähnlichen hyperpolarisierenden Ionenpumpen ermöglicht die multimodale Kontrolle von Zellen in Kultur sowie in lebenden Tieren einfach durch Licht mit hoher räumlich-zeitlicher Auflösung auf minimal invasive Weise. ChR2 und unsere neu entwickelten Analoga werden weltweit für die neurobiologische Grundlagenforschung, für biomedizinische Anwendungen und für die Wirkstoffforschung eingesetzt.


Ausgewählte Publikationen, Prof. Dr. Ernst Bamberg

  1. Bamberg, E.Tittor, J., & Oesterhelt, D.: Light-driven proton or chloride pumping by halorhodopsinProceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 90(2), 639-643. (1993). https://doi.org/10.1073/pnas.90.2.639

  2. Nagel, G., Möckel, B., Büldt, G., & Bamberg, E.Functional expression of bacteriorhodopsin in oocytes allows direct measurement of voltage dependence of light induced H+ pumpingFebs Letters, 377(2), 263-266. (1995). https://doi.org/10.1016/0014-5793(95)01356-3

  3. Nagel, G., Ollig, D., Fuhrmann, M., Kateriya, S., Mustl, A. M., Bamberg, E., & Hegemann, P.: Channelrhodopsin-1: A light-gated proton channel in green algaeScience, 296(5577), 2395-2398. (2002). https://doi.org/10.1126/science.1072068

  4. Nagel, G., Szellas, T., Huhn, W., Kateriya, S., Adeishvili, N., Berthold, P., Ollig, D., Hegemann, P., & Bamberg, E.Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channelProceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 100(24), 13940-13945. (2003). https://doi.org/10.1073/pnas.1936192100

  5. Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., & Deisseroth, K.: Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activityNature Neuroscience, 8(9), 1263-1268. (2005). https://doi.org/10.1038/nn1525

  6. Nagel, G., Brauner, M., Liewald, J. F., Adeishvili, N., Bamberg, E., & Gottschalk, A.: Light-activation of channelrhodopsin-2 in excitable cells of Caenorhabditis elegans triggers rapid Behavioral responsesCurrent Biology, 15(24), 2279-2284. (2005). https://doi.org/10.1016/j.cub.2005.11.032

  7. Zhang, F., Wang, L. P., Brauner, M., Liewald, J. F., Kay, K., Watzke, N., Wood, P. G., Bamberg, E., Nagel, G., Gottschalk, A., & Deisseroth, K.: Multimodal fast optical interrogation of neural circuitryNature, 446(7136), 633-U634. (2007). https://doi.org/10.1038/nature05744

  8. Feldbauer, K., Zimmermann, D., Pintschovius, V., Spitz, J., Bamann, C., & Bamberg, E.Channelrhodopsin-2 is a leaky proton pumpProceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 106(30), 12317-12322. (2009). https://doi.org/10.1073/pnas.0905852106

  9. Shevchenko, V., Mager, T., Kovalev, K., Polovinkin, V., Alekseev, A., Juettner, J., Chizhov, I., Bamann, C., Vavourakis, C., Ghai, R., Gushchin, I., Borshchevskiy, V., Rogachev, A., Melnikov, I., Popov, A., Balandin, T., Rodriguez-Valera, F., Manstein, D. J., Bueldt, G., Bamberg, E., & Gordeliy, V.: Inward H+ pump xenorhodopsin: Mechanism and alternative optogenetic approachScience Advances, 3(9), 10. (2017). https://doi.org/10.1126/sciadv.1603187

  10. Volkov, O., Kovalev, K., Polovinkin, V., Borshchevskiy, V., Bamann, C., Astashkin, R., Marin, E., Popov, A., Balandin, T., Willbold, D., Büldt, G., Bamberg, E., & Gordeliy, V.: Structural insights into ion conduction by channelrhodopsin 2Science, 358(6366), 8. (2017). https://doi.org/10.1126/science.aan8862

  11. Mager, T., de la Morena, D. L., Senn, V., Schlotte, J., D’Errico, A., Feldbauer, K., Wrobel, C., Jung, S., Bodensiek, K., Rankovic, V., Browne, L., Huet, A., Jüttner, J., Wood, P. G., Letzkus, J. J., Moser, T., & Bamberg, E.High frequency neural spiking and auditory signaling by ultrafast red-shifted optogeneticsNature Communications, 9, 14. (2018). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04146-3
Zur Redakteursansicht