Emeritus Group: Prof. Dr. Ernst Bamberg

Emeritus Group: 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.und Oesterhelt, D.: Light-driven proton or chloride pumping by halorhodopsin. Natl. Acad. Sci. USA 90, 639-643 (1993).

  2. Nagel,G., Möckel, B., Büldt, G. und Bamberg, E.: Functional expression of bacteriorhodopsin in oocytes allows direct measurement of voltage dependence of light induced H+-pumping. FEBS Letters 377, 263-266 (1995).

  3. Nagel, G., Ollig, D., Fuhrmann, M., Kateriya, S., Musti, A.-M., Bamberg, E. und Hegemann, P.: Channelrhodopsin-1, A Light-Gated Proton Channel in Green Algae. Science 296, 2395-2398 (2002).

  4. Nagel, G., Szellas, T., Huhn, W., Kateriya, S., Adeishvili, N., Berthold, P., Ollig, D., Hegemann, P. and Bamberg, E.: Channelrhodopsin-2, a directly Light-gated Cation-selective Membrane Channel. Proc. Natl. Acad. Sci. 100, 13940-13945 (2003).

  5. Boyden, E.S., F. Zhang, Bamberg, G. Nagel, K. Deisseroth: Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity. Nature Neuroscience 8, 1263-1268 (2005).

  6. Nagel, G., M. Brauner, J.F. Liewald, N. Adeishvili, Bamberg, A. Gottschalk: Light-activation of Channelrhodopsin-2 in excitable cells of Caenorhabditis elegans triggers rapid behavioral responses. Current Biology 15, 2279-2284 (2005).

  7. Zhang,F.,Wang,L.,Brauner,M,Liewald,J.Kay,K.,Watzke,N.,Wood,P.,Bamberg,E.Nagel,G.,Gottschalk,A., and K. Deisseroth: Multimodal fast optical interrogation of neural circuits. Nature 446, 633-639, (2007).

  8. Feldbauer, K., Zimmermann, D., Pintschovius, V., Spitz, J., Bamann, C., Bamberg, E.: Channelrhodopsin-2 is a leaky proton pump. Natl. Acad. Sci. 106, 12317-12322 (2009).

  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 DJ, Bueldt G, Bamberg E*, Gordeliy V* Inward H+ pump xenorhodopsin: Mechanism and alternative optogenetic approach. Science advances 3: (2017).

  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 2. Science 358, eaan8862 (2017).

  11. Mager T, Lopez de la Morena D, Senn V, Schlotte J, D Errico A, Feldbauer K, Wrobel C, Jung S, Bodensiek K, Rankovic V, Browne L, Huet A, Jüttner J, Wood PG, Letzkus JJ, Moser T*, Bamberg E*.: High frequency neural spiking and auditory signaling by ultrafast red-shifted optogenetics. Nat Commun. 20181;9(1):1750. (2018).
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