NL 3_05.qxd - GenomXPress

46 Wissenschaft kompakt
Wissenschaft kompakt
Auf dem Weg zum
Proteindesign
Proteine besitzen eine komplexe dreidimensionale Struktur, die
von ihrer Sequenz, das heißt der Aneinanderreihung einer
bestimmten Abfolge von Aminosäuren, bestimmt wird. Die Proteinoberfläche
bestimmt wesentlich die Wechselwirkungen von
Proteinen untereinander – essentiell für die Funktion der Zelle,
aber auch für die Entwicklung von Krankheiten. Für das Design
von Proteinen und Wirkstoffen ist es wichtig zu wissen, wie stark
die einzelnen Aminosäuren die Bindungsstärke innerhalb eines
Komplexes aus verschiedenen Proteinen beeinflussen. Diese
Kenntnisse können in begrenztem Umfang aus teuren Experimenten
gewonnen werden, indem einzelne Aminosäuren ausgetauscht
werden und die Änderung der Bindungsstärke durch diese
Mutation gemessen wird. Auch verlässliche theoretische Vorhersagen
waren bisher sehr zeitintensiv und damit in vielen Fällen
kaum anwendbar. Ein internationales Team von Wissenschaftlern
hat nun eine neue Computer-gestützte Methode entwickelt,
welche die Vorhersage bei vergleichbarer Qualität etwa
um den Faktor einhundert beschleunigt und daher ausgedehnte
Untersuchungen erlaubt. Ihre Stärke: Bei den Berechnungen
wird die innere Flexibilität der Proteinstrukturen effizient berücksichtigt
und mit einer speziellen Funktion kombiniert, welche die
physikalischen Kräfte zwischen den Atomen der Proteine beinhaltet.
Mit ihrer Hilfe kann die Stabilität von Proteinen und Proteinkomplexen
sehr schnell und präzise bestimmt werden. In
einer ersten Machbarkeitsstudie wurde die Oberfläche des Hormons
Insulin analysiert auf der Suche nach Mutationen, welche
die Bindungskräfte innerhalb des Protein-Komplexes abschwächen.
Der Grund: Insulin kann nur als isoliertes Protein den Blutzuckerspiegel
senken. Bei hohen Insulinkonzentrationen, wie sie
bei der Behandlung von Diabetes mellitus-Patienten verwendet
werden, bilden die Insulin-Moleküle aber Komplexe, die den
Wirkmechanismus des Hormons verzögern. Einige in der Praxis
verwendete Insulin-Mutanten verhindern die Komplexbildung
und können somit sehr schnell den Blutzuckerspiegel senken.
Diese so genannten schnellen Insulin-Analoga konnten korrekt
mit der neu entwickelten Methode reproduziert werden, neue
eventuell verbesserte Insulin-Mutanten wurden entwickelt.
Originalpublikation: Benedix, A et al. (2009) Predicting Free
Energy Changes Using Structural Ensembles. Nature Methods 6,
3-4. doi:10.1038/nmeth0109-3
Insektenbekämpfung
mit Genschalter
Gängige Programme zur Schädlingsbekämpfung ohne Pestizideinsatz
basieren auf der Sterilen-Insekten-Technik (SIT). Dabei
werden große Mengen von sterilisierten Insekten freigesetzt, die
aufgrund unfruchtbarer Paarungen die Schädlingspopulation
der nächsten Generation reduziert. Diese reproduktive Sterilität
wird durch Bestrahlung erzeugt, die jedoch die "Fitness" der SIT-
Insekten vermindert. Ein internationales Forscherteam ist nun
einen anderen Weg gegangen. Sie arbeiteten an der Mittelmeerfruchtfliege
Ceratitis capitata, einem bedeutenden Agrarschädling
des Obst- und Gemüseanbaus in wärmeren Regionen. Den
Wissenschaftlern gelang es, in das Insekt ein Gen mit letaler Wirkung
einzuschleusen. Es führt dazu, dass die nächste Insektengeneration
noch während der Embryonalentwicklung abstirbt und
damit gar nicht erst das gefräßige und fruchtzerfressende Larvenstadium
erreicht. Das von ihnen eingeschleuste Letalitätsgen
wird durch einen Genschalter reguliert. Während der Zucht
bleibt das "tödliche" Gen mithilfe eines Nahrungszusatzes abgeschaltet;
nach dem Freisetzen der männlichen Insekten wird es
aktiviert und führt zu einem frühen Absterben der unmittelbaren
Nachkommen. Die Wissenschaftler haben den Schädling zudem
mit Markierungsgenen ausgestattet, um bei einer Kontrolle der
freigesetzten Individuen auf eine Markierung mit floureszierenden
Stäuben verzichten zu können. Zwar werden transgene
Insekten bislang lediglich in Versuchsansätzen für die Schädlingsbekämpfung
getestet, langfristig biete das Verfahren jedoch
die Möglichkeit, Umweltbelastungen herkömmlicher Kontrollprogramme
zu verringern, so die Forscher. Dass die biotechnologisch
veränderten Schadinsekten außerhalb der Zucht nicht
überleben könnten, stelle dabei ein besonderes Sicherheitsmerkmal
dar. Um jedoch erste Feldstudien durchführen zu können,
müssten genaue Regularien und Rahmenbedingungen definiert
werden.
Originalpublikation: Schetelig, MF et al. (2009) Conditional
embryonic lethality to improve the sterile insect technique in
Ceratitis capitata (Diptera: Tephritidae), BMC Biology 7:4
doi:10.1186/1741-7007-7-4
Neue Gendefekte bei
Schuppenflechte entdeckt
In Deutschland sind etwa 1,6 Mio Menschen von Schuppenflechte
(Psoriasis) betroffen. Schuppenflechte ist zu einem großen
Anteil erblich bedingt, kann aber durch verschiedene Umweltfaktoren
ausgelöst werden, wie beispielsweise Infektionen, psychischen
Stress oder Medikamente. In den meisten Fällen (70 bis
80 Prozent) ist nur die Haut befallen, die Krankheit kann sich aber
auch auf die Gelenke und Nägel ausbreiten. Klassisch wird in
schwächeren Fällen mit Licht oder Salben therapiert. In schweren
Fällen der Psoriasis helfen nur Medikamente, die oft das Immunsystem
zu weiten Teilen stilllegen, wie beispielsweise Cortison.
Erst die genaue Kenntnis der Krankheitsvorgänge macht die Entwicklung
von Medikamenten möglich, die das Immunsystem
weniger schwächen und damit weniger Nebenwirkungen entfalten.
Doch die Entzündungsregulierung im menschlichen Körper
GENOMXPRESS 1.09