Bachelor-Themen Sommersemester 2019

Hier finden Sie Bachelorthemen des Physikinstitutes für das Sommersemester 2019 aufgelistet. 

Im November kann man sich im Institut über die Themen näher informieren. 

Die Vergabe der Bachelor-Themen erfolgt im Dezember. 

AG Song

1. Enzymatic synthesis of standards for single molecule FRET spectroscopy

Supervision: Christian Magaña Vergara and Young-Hwa Song

Areas: Molecular biology, Biophysics

Candidates of major: MLS or MIW

Description: Single-molecule FRET (smFRET) can be employed to analyse conformation dynamics, domain movements or inter- / intramolecular interactions, where we obtain some information about the distances between the donor- and acceptor fluorophores. A calibration of the distances using length standard molecules will be a mandatory task. The aim of this project is to design, enzymatically synthesise and characterize the molecular FRET standard. 1) Design of a DNA-based FRET standard for single molecule FRET spectroscopy using molecular biological techniques. 2) Characterization of such standard using single molecule approaches. The applicant should (preferably) have practical experience in molecular biology or biochemistry.

 

2. Structural studies of domain movement of ZIKA virus protein (in collaboration with Hilgenfeld’s group)

Supervision: Christina Kallenberg and Young-Hwa Song

Areas: Molecular biology, Biophysics Candidates of major: MLS or BP

Description: The fusion protein NS2B-NS3 consists of two domains, helicase and protease, respectively. We want to study the conformational flexibility between these two domains. We have a few preliminary results by a bachelor study. We have relative clear plans how to proceed with this project. 1. Introduction of two mutation using site directed mutagenesis 2. Production of the mutant protein 3. Site specific fluorescence labelling of the protein 4. single molecular FRET measurements

 

3. Structural studies of domain movement of NS3-NS4A from CSFV virus (in collaboration with Tautz’s group)

Supervision: Christina Kallenberg and Young-Hwa Song

Areas: Molecular biology, Biophysics

Candidates of major: MLS or BP

- Purification and characterization of NS3-NS4A protein. An expression construct using E. coli is available.

- Analysis of the accessible surface cysteines.

 

4. Co-expression and purification of the effector protein complex EspA-EspC from M. tuberculosis.

Supervision: Christina Kallenberg and Young-Hwa Song

Areas: Molecular biology, Biophysics

Candidates of major: MLS or BP

Depending on the progress of the project, we will carry out structural analyses using biophysical methods: e.g. smFRET or crystallization.

 

5. Purification and characterization of a mutant Taq-polymerase, which has a binding activity for ribonucleotide.

Supervision: Christian Magaña Vergara and Young-Hwa Song

Areas: Molecular biology, Biophysics Candidates of major: MLS or BP 

AG Hübner

1. Weiterentwicklung einer Webapplikation zur Labordatenverwaltung

Betreuung: Till Zickmantel

Geeignet für: Informatik, MIW, Biophysik, o.ä.

Wissenschaftliche Daten können komplex, irregulär und dynamisch sein. Die effiziente Verwaltung solcher Daten stellt eine Herausforderung dar. Die Ablage in einem geteilten Dateisystem ist flexibel, erlaubt jedoch wenig Einsicht und keine Möglichkeit Metadaten an bestehende Datensätze zu knüpfen. Relationale Datenbanken sind auf ein festes Schema angewiesen, das bei jeder Erweiterung oder Modifikation angepasst werden muss. 
Zur Lösung dieser Probleme wurde ein Prototyp für eine Labordatenbank als Webapplikation entwickelt, die sich auf einen schemalose noSQL Datenbank stützt. Die ausgeschriebene Arbeit besteht darin, den Prototyp weiterzuentwickeln und an die gegebenen Bedingungen des Laboralltages anzupassen. Die Aufgaben beinhalten u. a. die Entwicklung von spezifischen Dateiverwaltungsmodulen, bestehend aus Datenbank-Schnittstelle, automatischen Verarbeitungsroutinen und Frontend-Komponenten zur schnellen Sichtung der Datensätze. Die verwendeten Technologien beinhalten Python3 im Backend, MongoDB als Datenbank und vue.js als Frontend Bibliothek.
Bewerber sollten zumindest eine Programmiersprache beherrschen und vorzugsweise Kenntnisse in Python besitzen. Das Projekt bietet die Möglichkeit an der Softwareentwicklung im wissenschaftlichen Kontext teilzunehmen sowie eigenständig und in Zusammenarbeit mit Mitarbeitern eines interdisziplinären Arbeitsumfelds, eigene Ideen umzusetzen.

2. Kryospektroskopie an einzelnen Molekülen

Betreuung: Verena Hirschfeld

Geeignet für: MIW, Biophysik

Für ein konfokales Laser-Raster-Mikroskop wurde ein Kryostat entwickelt, der Messungen an einzelnen, in einer amorphen Wasserschicht eingefrorenen, Fluorophoren erlaubt. Die Probenpräparation erfolgt durch ein spezielles Rotations-Beschichtungsverfahren in einem neu entwickelten Kryostateinsatz.

In dieser Arbeit soll nun ein neuer Kryostat konstruiert und gebaut werden, in den der Kryoeinsatz der Probenpräparation passt. Somit wird die Probenpräparation optimiert. Die Funktion des Gesamtaufbaus soll durch Einzelmolekülmessungen getestet werden. 

3. Einzelmolekül-Fluoreszenz-Spektroskopie an Fluorophoren in reversen Mizellen

Betreuung: Verena Hirschfeld

Geeignet für: MLS, Biophysik

In reversen Mizellen, bestehend aus 10MAG/LDAO, sollen fluoreszenzmarkierte Doppelstrang-DNA sowie verschiedene Fluorophore eingekapselt und mittels Fluoreszenzspektroskopie untersucht werden.

4. Evaluation eines Stopped-Flow-Apparates durch die Untersuchung von Reaktionskinetiken

Betreuung: Janosch Kappel (Anfragen bitte an Prof. Hübner)

Geeignet für: MLS, Biophysik, MIW

Bei der Stopped-Flow-Methode können dynamische Wechselwirkungen von Biomolekülen untersucht werden. Dafür werden zwei oder mehrere Komponenten direkt in einer sehr kleinen Beobachtungskammer durch ein Zusammenfließen gemischt und dann wird der Fluss gestoppt. Das Fluoreszenzsignal der Probe wird zeitabhängig gemessen und Aussagen über die Dynamik des Systems sind möglich. 

In dieser Arbeit soll die Funktion eines neu entwickelten Stopped-Flow-System durch z. B. die Denaturierung des grün fluoreszierenden Proteins (GFP) evaluiert werden.

5. Anisotropie-Messungen an einzelnen Molekülen und im Ensemble

Betreuung: Kim Colin Reiter

Geeignet für: MLS, MIW, Biophysik

Für die Auswertung von Einzelmolekül-FRET-Messungen wird für die Orientierung der verwendeten Fluorophore üblicherweise ein gemittelter Wert verwendet. Um zu überprüfen, ob die Verwendung dieses Mittelwertes gerechtfertigt ist, eignen sich Anisotropie-Experimente mit denen die Rotationsfreiheit der gebundenen Fluorophore überprüft werden kann. 

In dieser Arbeit sollen deshalb die notwendigen Polarisationsfilter für Anisotropie-Messungen im bestehenden Versuchsaufbau implementiert und getestet werden. Des Weiteren sollen Fluoreszenz-Lebensdauer-Messungen durchgeführt werden, um diese mit den Anisotropie-Messungen vergleichen zu können.

 

....weitere Themen folgen in Kürze

AG Paulsen

1. Berechnung von Proteinvolumina mit Hilfe von Moleküldynamiksimulationen

Betreuung: Hauke Paulsen

Geeignet für: Biophysik, MIW, MLS

Für ein besseres Verständnis der Proteinentfaltung unter äußerem Druck ist es hilfreich, das Volumen eines Proteins in Abhängigkeit von seinem Zustand (gefaltet, entfaltet) zu kennen. Eine genaue experimentelle Volumenbestimmung ist sehr schwierig, weshalb sich rechnerische Verfahren anbieten. Bisherige Arbeiten hierzu im Institut für Physik ergaben, dass die Genauigkeit der berechneten Volumina sehr empfindlich von der Größe der verwendeten Simulationsbox abhängt. Dieser Zusammenhang soll in einer zukünftigen Bachelorarbeit näher untersucht werden.