Maschinelles Lernen für die Proteinoptimierung Dr. Vanni Doffini hat in seiner Doktorar- beit untersucht wie sich mithilfe von ma- schinellem Lernen Proteine gezielt verän- dern und damit ihre Eigenschaften ver- bessern lassen. Selbst kleine Veränderungen in der Aminosäuresequenz eines Proteins kön- nen wesentliche Parameter wie Stabilität, Bindung und Aktivität verändern. Für die Optimierung von Proteinen basierend auf der Veränderung der Aminosäuresequenz durch einzelne Mutationen ist es daher wichtig, zuverlässige Vorhersagen über deren Eigenschaften zu liefern. Maschi- nelles Lernen (ML) kann helfen, valide Vorhersagen über unbekannte Proteinva- rianten zu liefern und so die Suche nach nützlichen Mutationen zu erleichtern. Vanni Doffini hat in seiner Arbeit die theoretischen Grundlagen der ML-ge- stützten Proteinveränderung untersucht, aber auch reale Experimente für eine praktische Anwendungen durchgeführt. So konnte er mit der entwickelten Me- thode ein therapeutisches Peptid zur Be- kämpfung antibiotikaresistenter Bakte- rien optimieren. Zudem entwickelte er eine neue Plattform zur Analyse von Pro- teininteraktionen, untersuchte einige der theoretischen Aspekte bei der Verwen- dung von ML im Proteinengineering und stellte eine neue ML-Technik für grosse biophysikalische Datensätze vor. Publikation: https://doi.org/10.1021/acs. nanolett.3c03026 Vanni Doffini hat seine Doktorarbeit am Departe- ment Chemie der Universität Basel absolviert. Er arbeitet jetzt als Wissenschaftler am Istituto Dalle Molle di Studi sull‘Intelligenza Artificiale in Lugano. Mitchell Brüderlin hat seine Arbeiten am Biozen- trum der Universität Basel absolviert und war dort auch weiterhin als Postdokotorand tätig. Aufbau der Nano Harpune als Reaktion auf Angriff Dr. Mitchell Brüderlin hat in seiner Dok- torarbeit das Typ-VI-Sekretionssystem des Bakteriums Pseudomonas aeruginosa nä- her untersucht. Wie andere Bakterien auch nutzt Pseudomonas das Sekretions- system wie eine Nano-Harpune und inji- ziert damit Toxine in benachbarte Zellen. Allerdings baut Pseudomonas aerugi- nosa sein Typ-VI-Sekretionssystem nur als Verteidigung bei einem Angriff auf. Mit- hilfe der Spitze eines Rasterkraftmikros- kops (AFM) konnte Mitchell Brüderlin solch einen Angriff simulieren und bele- gen, dass die Beschädigung der äusseren Bakterienmembran der entscheidende Faktor ist, damit die Bakterien das Sekre- tionssystem aufbauen und die Nano-Har- pune abfeuern. Bevor diese Untersuchungen am AFM möglich waren, stellte der junge Forscher mithilfe einiger Mutationen sicher, dass sich die Bakterien bei den Untersuchun- gen nicht bewegen konnten. Dann rich- tete er das AFM so ein, dass es sich auf einem Raster auf und ab bewegte und alle 800 Nanometer die immobilisierten Bak- terienzellen anpiekste. In bis zu 90 % der Fälle, in denen die äussere Membran der Pseudomonas-Bakterien durch die AFM- Spitze beschädigt wurde, bauten die Bak- terien innerhalb von 10 Sekunden ihre Nano-Harpune auf, um zurückzuschie- ssen – dabei fand der Gegenangriff genau in die Richtung statt, aus welcher der An- griff durch die AFM-Spitze gekommen war. Publikation: https://www.science.org/ doi/10.1126/sciadv.adr1713 Video: https://youtu.be/0uOVdcOy3vQ Messsystem für kleinste elektrische Effekte Dr. Luca Forrer hat in seiner Doktorarbeit ein neuartiges Messsystem entwickelt, mit dem sich extrem kleine elektrische Effekte auf der Nanometerskala untersu- chen lassen – und das bei sehr tiefen Tem- peraturen nahe dem absoluten Nullpunkt. Das System kombiniert ein Rasterkraftmi- kroskop (AFM) mit hochempfindlichen Sensoren, welche die Ladungen einzelner Elektronen detektieren können. Luca Forrer hat in seiner Arbeit zwei verschiedene Messspitzen untersucht. Die erste besitzt mehrere winzige, unab- hängig voneinander steuerbare Elektro- den. Mit dieser Spitze lassen sich elektri- sche Eigenschaften lokal beeinflussen und die Reaktion von Nanostrukturen räumlich kartieren. Für die zweite Mess- sonde hat Luca Forrer direkt an der Spitze einen sogenannten Quantenpunkt integ- riert. Dabei handelt sich um ein nanosko- pisch kleines Bauelement, das extrem empfind lich auf elektrische Ladungen re- agiert. Neue Herstellungstechniken, mit denen empfindliche Nanostrukturen prä- zise auf die Messspitzen übertragen wer- den können, und ein besonders gut ge- schütztes Design der Messsonde ermög- lichten diese Neuerung und damit die räumliche Abbildung des lokalen elektri- schen Potenzials. Die Arbeit schafft eine Basis für neue Arten von Rastersonden-Messungen, bei denen Nanostrukturen mit handelsübli- cher AFM-Hardware nicht nur abgebildet, sondern auch lokal elektrisch gesteuert und präzise vermessen werden können. Publikation:https://doi.org/10.1063/5.0127665 Video: https://youtu.be/UBcYtnmA9Hc Luca Forrer hat für seine Doktorarbeit am Depar- tement Physik der Universität Basel gearbeitet und kurz vor Jahresende 2025 abgeschlossen. 17 SNIJahresbericht 2025