Eine k�nstliche Nase w�re manchmal eine Hilfe: Solch ein Biosensor k�nnte Gifte, Sprengstoff oder Drogen erschnuppern. Nun haben Forscher des Max-Planck-Instituts f�r Polymerforschung und des Max-Planck-Instituts f�r Biochemie eine Bauanleitung vorgelegt, wie sich Membranproteine in k�nstliche Strukturen einbetten lassen. Membranproteine �bernehmen in Zellen vielf�ltige und wichtige Aufgaben. Unter anderem dienen sie als Rezeptoren, die Signale etwa von Molek�len in der Luft in das Zellinnere weiterleiten. Membranproteine sind also ideale Biosensoren, waren aber im Labor bislang schwer zug�nglich. Den Max-Planck-Wissenschaftlern gelang es nun, durch zellfreie Proteinsynthese hergestellte Membranproteine direkt in k�nstliche Lipidmembranen einzubetten.

Abb 1.: Schematische Darstellung einer synthetischen Membran, die ein Geruchsrezeptormolek�l - hier als lange Kette gezeichnet - enth�lt. An den Geruchsrezeptor bindet ein kugelf�rmiges Geruchsmolek�l. Der linke Teil der Membran besteht aus Lipidmolek�len, der rechte aus einem Blockcopolymer. In Zukunft k�nnte dieses Polymer die Lipide ersetzen - die Membran w�re dadurch luftstabil. Bild: Max-Planck-Institut f�r Polymerforschung

Abb 2.: Schematische Darstellung der zellfreien Synthese von Membranproteinen und anschlie�ender Einbau in eine k�nstliche Membran. Die k�nstliche Membran besteht aus zwei Lipidschichten, die in ihrem Aufbau einer Zellmembran gleichen. In der (vereinfachten) Darstellung f�deln die Ribosomen aus dem zellfreien Extrakt die entstehende Aminos�urenkette direkt in die k�nstliche Membran ein - ganz so wie es in echten Zellen in der nat�rlichen Zellmembran geschieht. Bild: Max-Planck-Institut f�r Polymerforschung

Die Sinne der Lebewesen arbeiten mit verschiedenen Mechanismen: Unter anderem nutzen sie Membranproteine als Rezeptoren. Nun haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts f�r Polymerforschung und des Max-Planck-Instituts f�r Biochemie Biosensoren konstruiert, indem sie solche Proteine in k�nstliche Strukturen eingebunden haben. Die zellfreie Proteinsynthese lieferte ihnen dabei die Membranproteine - direkt aus der genetischen Information, die dem Zellextrakt hinzugef�gt wurde.

Die Versuche, Biosensoren aus Membranproteinen herzustellen, scheiterten an den besonderen Eigenschaften dieser Proteine. Sie sind n�mlich nicht wasserl�slich. Bislang versuchten Forscher die Proteine erst einmal mit Detergentien aus ihrer Membran herausl�sen. Dabei zerst�ren sie allerdings die besondere Faltstruktur der Proteinmembranen - und genau diese Struktur macht die spezielle Funktion der Proteine aus. "Wir stellten sehr schnell fest, wie kompliziert solche Membranproteine zu handhaben sind. Mit herk�mmlichen Methoden bekamen wir - und auch andere Gruppen - sie einfach nicht in den Griff", erz�hlt Dr. Eva-Kathrin Sinner vom Mainzer Max-Planck-Institut f�r Polymerforschung.

Die Max-Planck-Wissenschaftler fanden nun einen Ausweg. Sie schafften es, die Proteine in eine k�nstliche Matrix einzubauen und zwar so, als bef�nde sie sich in einer nat�rlichen Zellmembran: Die Wissenschaftler boten den entstehenden Membranproteinen schon w�hrend ihrer Herstellung k�nstliche Lipidmembransysteme an, die nat�rlichen Zellmembranen �hnelten. Und tats�chlich lagerten sich die Membranproteine - die Forscher benutzten bei ihren Versuchen Geruchsrezeptoren der Wanderratte aus der Klasse der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren - in die k�nstlichen Membranen ein. Dass die Geruchsrezeptoren auch wirklich biologisch aktiv sind, konnten die Wissenschaftler durch die Bindung von Geruchsstoffen an die Rezeptoren nachweisen. "Wir haben jetzt praktisch eine Gebrauchsanweisung, wie man bisher schwer zug�ngliche Membranproteine in ihrer aktiven Struktur herstellen und untersuchen kann", so Sinner.

Das neue Verfahren der Gruppe um Eva-Kathrin Sinner erm�glicht erstmals die nat�rlichen Funktionen solcher Membranproteine in situ zu untersuchen. F�r die Pharmaforschung ist dieser Ansatz von gro�er Bedeutung, da so neue Wirkstoffscreenings an Rezeptoren durchgef�hrt werden k�nnen, die bislang noch nicht zug�nglich waren. Sinner wurde f�r die Entwicklung dieses Verfahrens mit dem Forschungspreis 2007 zur F�rderung der Biotechnologie und Gentechnik der Engelhorn-Stiftung ausgezeichnet.

Quelle: Pressemitteilung Max-Planck-Gesellschaft

- es sind noch keine Kommentare vorhanden -

Comment-Script (c) by Alex Ilosuna