Viele Wege führen nach Amyloid

Chorea Huntington ist eine neurodegenerative Erbkrankheit, die bei Betroffenen schon in jungen Jahren zum Verlust der Kontrolle über die eigene Muskulatur ("Veitstanz") und zu tiefgreifenden Veränderungen der Persönlichkeit führt. Da bis heute keine effektive Behandlung zur Verfügung steht wird intensiv an der Erkrankung geforscht. Auch unser Gast Arne Böker möchte das Verständnis der molekularen Mechanismen hinter der Huntington-Krankheit erweitern. Der Physiker hat hierfür an der Simulation des entscheidenden Huntingtin-Proteins gearbeitet und untersucht, wie es zur krankheitsauslösenden Fehlfaltung des Eiweißmoleküls kommt. In dieser Episode erklärt er die biophysikalischen Grundlagen seiner Arbeit, warum seine Ergebnisse vom Zufall abhängen und was aus aus ihnen für Schlüsse ziehen konnte.

Virtuelle Losbude

Kryptowährungen wie Bitcoin oder Ethereum erlebten zuletzt einen massiven Boom und haben mittlerweile einen Bekanntheitsgrad erreicht, der manchen staatlichen Währungen gleich kommt. Wie auch bei normalen Onlinetransaktionen ist die Sicherheit solcher Kryptowährungen eine zentrale Frage. Jedoch offenbart die zugrundeliegende Technik schnell einen wahren Dschungel an Fachbegriffen. Unser heutiger Gast Sebastian Karius, Masterabsolvent der Informatik an der MLU Halle, lichtet für uns das Dickicht. Er erklärt uns, dass die Sicherheit solcher Systeme auf sogenannten „Konsensmechanismen“ basieren, die die Verantwortung für die Sicherheit nicht bei einer einzelnen Person/einem einzelnen Konzern bündeln, sondern auf möglichst viele Schultern verteilen. Sebastian erläutert, was Blockchains und Hashfunktionen sind und wie damit ein solcher Mechanismus umgesetzt werden kann, aber auch welche Schwachstellen sie bergen: Insbesondere die Verarbeitung neuer Transaktionen ist mit enormen Rechenaufwand verbunden, der es notwendig macht, entweder immer leistungsfähigere Computer zu verwenden oder schlicht auf Glückstreffer bei der Berechnung zu hoffen. Sebastian präsentiert uns einen ersten Ansatz zur Lösung dieses Problems, den er in seiner Masterarbeit entwickelt hat.

Permanente und dynamische Netzwerke

Ein Kratzer oder eine Schnittwunde – ein alltägliches Ärgernis. Doch große Probleme bereiten kleinere Verletzungen nicht: es erscheint uns selbstverständlich, dass ein Heilungsprozess einsetzt. Geradezu außergewöhnlich ist jedoch die Vorstellung, dass auch unbelebte, feste Materialien - etwa Kunststoffe -  in die Lage versetzt werden können, sich selbst zu heilen. Wie das am besten gelingt untersucht unser Gast Anton Mordvinkin, Doktorand für Physik auf dem Gebiet der Polymerforschung. Er spricht mit uns über verschiedene Ansätze zur autonomen Reparatur von Polymeren. Seine Forschung fokussiert sich auf sogenannte intrinsische Ansätze, die versprechen, „Verletzungen“ des Kunststoffes nahezu beliebig oft zu heilen, allerdings schwierig zu realisieren sind. Darüber hinaus erklärt uns Anton, wie er ein besseres Verständnis des physikalischen Ablaufes solcher Heilprozesse erzielen möchte. Dafür verwendet er unter anderem die Kernspinresonanz, wie sie auch in der Medizin zur Anwendung kommt.

Enzyme sind manchmal Diven

Diesmal begeben wir uns wieder in naturwissenschaftliche Gefilde: Der Doktorand der Biotechnologie Andreas Griethe stellt seine Arbeit über die Umwandlung und Nutzbarmachung von Methan vor, welche im Rahmen des Forschungsprojektes "ECOX" entstand. Methan ist auf der Erde reichlich vorhanden, es kann zum Beispiel bei der Vergärung von Pflanzen oder als brennbares Eis in den Weltmeeren gewonnen werden. Doch um es besser nutzen zu können muss es umgewandelt werden. Hierfür bietet sich etwa die Gewinnung von Methanol aus Methan an, das in der chemischen Industrie in großen Maßstäben für die Produktion insbesondere von Kunststoffen benötigt wird. Doch eine chemische Herangehensweise ermöglicht keine sinnvolle Umwandlung des Methans, weswegen sich Andreas um eine biochemische Lösung des Problems bemüht. Welche Enzyme hierfür benötigt werden und welche Probleme beim Reaktionsprozess auftreten wird in dieser Folge erklärt.

Eine Milliarde Tonnen DVDs

In dieser Folge erzählt Tristan Müller - Doktorand am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik -  von spannenden Phänomenen und interessanten Erkenntnissen aus dem Bereich der Materialphysik. Dabei geht es um die Untersuchung und Berechnung der Eigenschaften unterschiedlicher Materialien: über Dichte und Leitfähigkeit bis hin zum Magnetismus, der für Tristan eine besonders wichtige Bedeutung hat. Magnetische Effekte werden in der Industrie vielfältig genutzt. Sie ermöglichen zum Beispiel Datenspeicherung auf Festplatten, Mobilität durch Elektromotoren oder Stromproduktion durch Generatoren in Kraftwerken und Windkraftanlagen. Allerdings erschweren sie auch die Abschätzung von Materialeigenschaften, da die Auswirkungen von Magnetfeldern in die bisherigen Berechnungsmodelle nicht gut integriert werden können. Die Methoden und Inhalte der Materialphysik gehen unter anderem auf die Erkenntnisse des Chemie-Nobelpreisträgers Walter Kohn zurück. Ihm gelang es, theoretische Überlegungen zur Berechnung von Materialeigenschaften an den entscheidenen Stellen zu vereinfachen und so eine ganze Wissenschaftsdisziplin zu begründen.