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Membranproteine sind biologische Nanomaschinen, welche in den Membranen unserer Zellen sitzen, und dort wichtige biologische Funktionen ausführen. Membranproteine können zum Beispiel Nahrungsstoffe in die Zellen hindurch lassen oder in die Zellen pumpen, oder sie können Abfallprodukte aus den Zellen heraus pumpen. Manche Membranproteine können auch als Sensoren dienen, wenn sie zum Beispiel kleinste Mengen von Molekülen detektieren, wie zum Beispiel ein Hormon oder Salz, um anschliessend mechanisch darauf zu reagieren.
Für die medizinische Forschung ist es wichtig, die Struktur der Membranproteine zu kennen. Denn mit der Struktur kann die Funktion der Membranproteine verstanden werden, was hilfreich ist, wenn ein Medikament entwickelt werden soll, welches ein bestimmtes Membranprotein in seiner Funktion unterstützen oder blockieren soll.
Die Struktur von Membranproteinen kann klassischerweise mit einem Elektronenmikroskop ermittelt werden, wenn das Membranprotein in eine biologische Membran eingebaut wird, und dort in regelmässigen Positionen arrangiert wird. Solche sogenannten 2D Kristalle können dann mit dem Elektronenmikroskop abgebildet werden, und Computer Bildverarbeitung erlaubt dann, aus solchen Bildern die detaillierte Struktur der Proteine zu errechnen.
In diesem Projekt werden wir unsere bestehende Bildverarbeitungs-Software "2dx" um neue Algorithmen erweitern, mit dem Ziel, die Auflösung der Proteinstrukturen zu verbessern, die Geschwindigkeit der Strukturbestimmung zu beschleunigen, und, was am wichtigsten ist, um die Notwendigkeit der regelmässigen Anordnung der Membranproteine zu eliminieren. Wenn unsere Software in der Lage ist, aus Bildern von nur dicht gepackten aber nicht 2D kristallisierten Proteinen die Struktur zu bestimmen, wäre dies ein sehr grosser Gewinn für die Strukturbestimmung, da der mühsame Prozess der Membranprotein-Kristallisation entfallen würde.