JGW-SchülerAkademie Papenburg 2011 - Jugendbildung in ...

2.5 Enzymscreening und rekombinante Proteinproduktion
Abbildung 2.1: Proteinaufreinigung durch Säulenchromatographie.
2.5.3 Rekombinante Proteinproduktion
Zur Herstellung von bestimmten Zielproteinen in bakteriellen Wirtsorganismen bedient
man sich natürlicher Chromosom-unabhängiger DNA-Elemente, den sogenannten Plasmiden.
Diese werden unabhängig vom Bakterienchromosom repliziert und besitzen
einen DNA-Abschnitt, in den mittels DNA-sequenzspezifischer Enzyme, den Restriktionsenzymen,
leicht das Zielgen integriert werden kann. Letzteres ist einem sogenannten
Promotor unterstellt, über den reguliert wird, ob und wann das Gen abgelesen werden
kann und somit auch die Produktion des Zielproteins beeinflusst wird. In der Biotechnologie
bedient man sich häufig eines Promotors, bei dem nur in Anwesenheit eines
bestimmten Signalstoffs das Gen zum Ablesen freigegeben ist. Damit kann man von
außen die Produktion des erstrebten Produkts steuern.
Zur leichteren Aufreinigung des Zielproteins nach der Produktion setzt man oft einen
tag ein, d. h. eine an das Protein fusionierte Peptidsequenz, die sehr spezifisch an einen
bestimmten Stoff, den sogenannten Liganden, bindet. Über diese Bindungseigenschaft
kann man das Zielprotein von den restlichen Wirtsproteinen trennen, wie man in Abbildung
2.1 sehen kann. Das hellgrau dargestellte Zielprotein mit dem tag (schwarz) kann
an die Liganden (schwarze Pfeile an der weißen Säule) binden, die Wirtsproteine (dunkelgrau)
nicht. Zum Schluss sind alle Wirtsproteine abgeflossen und nur das Zielprotein
verbleibt am Liganden. Bei Zugabe eines weiteren Stoffs löst sich das Zielprotein wieder
und kann in einem separaten Behälter aufgefangen werden. So erhält man eine relativ
saubere und konzentrierte Lösung des erzielten Produkts als Ausgangspunkt für z. B.
Struktur- und Funktionsanalysen.
Soll ein für den Wirtsstamm toxisches Protein produziert werden, integriert man in
das Zielprotein eine zusätzliche Aminosäuresequenz, wodurch es zunächst inaktiv bleibt.
Diese wird nach dem Abtöten der Zellen herausgeschnitten und das funktionelle Protein
entsteht, ohne aber vorher den Wirtsorganismus zu schädigen. Diese Methode nennt
man Protein-Splicing.
37