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LABORWELT 

Nr. 5 / 2005 - Vol. 6 Das -Themenheft 

100fach schneller: 

Neue Shotgun-DNA- 

Sequenzierung 

RNA-Interferenz-Tool: 

Gene Silencing mit 

neuen shRNAs 

Genomics 

Synthetische Gene: 

Quantifizierung 

von Proteinen 

Marktübersicht: 

Workstations für 

Functional Genomics 

Heterologe Expression 

rekombinanter 

Protein-Therapeutika 

Glycomics: Fortschritte 

in der Glykanforschung 

HT-Screening in 

Gewebekulturen 

BIOCOM AG

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Zum Thema 

� 

Genomforschung 

durchdringt Biomedizin 

„Genomforschung ist überall“ – dieses Fazit drängt sich nach der 

Lektüre des Mitte August vorgelegten ersten Gentechnologieberichtes 

der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften BBAW 

geradezu auf. Denn dem Report zufolge durchdringen die sogenannten 

„omics“-Technologien, die wir in diesem Themenheft „Functional 

Genomics“ näher beleuchten, weite Teile der biomedizinischen und 

agrobiotechnologischen Forschung. Ob Technologien wie Glycomics, 

Pharmacogenomics, Proteomics, Trancriptomics und RNAi tatsächlich 

als eigenständige Bereiche oder nur Facetten der Genomforschung zu 

werten sind, läßt der Report allerdings noch offen. 

Auf jeden Fall ist eine dynamische Forschungsaktivität ist auf all 

diesen Gebieten zu verzeichnen – mit zum Teil bemerkenswerten 

Ergebnissen. Ein neues DNA-Sequenzierungs-Verfahren, das jetzt 

die Marktreife erreicht hat, scheint nur die Speerspitze einer ganzen 

Generation neuartiger Shotgun-Sequencing-Methoden, die wesentlich 

Bitte nutzen Sie unseren Kennziffer-Service: online unter 

www.biocom.de oder auf unserer Fax-Seite (S. 53). Wenn 

Sie ein Produkt interessiert, einfach Nummer ankreuzen, 

Name und Adresse angeben und faxen/mailen – Sie 

erhalten umgehend Informationen unserer Inserenten. 

schneller, zum Teil genauer und kosteneffizienter arbeiten als die 

bislang geläufige Sanger-Sequenzierung (vgl. Seite 4) – mit Anwendungspotentialen 

insbesondere in der bakteriellen Genomforschung 

(siehe S. 15), die angesichts ihres immensen wirtschaftlichen Potentials 

unlängst eine Förderverlängerung des BMBF erhalten hat. Offen ist 

dagegen, ob auch Forschungsgebiete wie Glycomics – früher Glykobiologie 

– (s. Seite 32) künftig vom Bund das Prädikat Förderpriorität 

erhalten. 

Licht und Schatten gibt es derzeit in dem Forschungsgebiet, 

das renommierte Journals zur Technologie des Jahres 2002 erklärt 

hatten – der RNA-Interferenz: Mit in vivo exprimierten 

shRNA-Vektoren versucht derzeit ein internationales Konsortium, die 

Genfunktionen von Mensch und Maus zu identifizieren (vgl. Seite 11). 

Der erhofften klinischen Anwendung von siRNA-Wirkstoffen stehen 

Berichte entgegen, die zu belegen scheinen, daß bestimmte siRNA- 

Sequenzen in vivo einen unspezifischen RNA-Abbau auslösen und 

damit die Spezifität der RNAi-Reaktion zunichte machen. 

Aufwind erhält auch die lange durch methodische Probleme erschwerte 

Proteomforschung: Ein neues Verfahren eröffnet jetzt die standardisierte 

absolute Quantifizierung von Peptiden (Seite 8). Functional 

Genomics-Technologien helfen – zuweilen langsamer als erhofft, aber 

immer besser – die molekulare Funktion der Gene zu verstehen. 

Eine interessante Lektüre wünscht Ihnen 

Thomas Gabrielczyk 

� 

Computerillustration einer DNA-Autoradiographie mit 

menschlichem Gesicht. Die Banden zeigen die Basenabfolge 

des DNA-Sense-Stranges. 

© Pasieka, Science Photo Library 

Kennziffer 11 LW 05 · Informationen ordern? · www.biocom.de 

I N T R O 

INHALT 

B L I T Z L I C H T 

� Ultraschnelle kosteneffiziente 4 

Shotgun-Genom-Sequenzierung 

Dr. Burkhard Ziebolz, Roche Diagnostics GmbH, Mannheim 


� Eine neue Methode zur absoluten 8 

Quantifizierung von Proteinen 

Prof. Dr. Bob Beynon et al., University of Liverpool 


� Mission sh-RNA-Library: 

neue Generation von shRNAs 11 

Stephanie Uder et al. Sigma-Aldrich Corp., St Louis 

W I S S E N S C H A F T 

� Funktionelle Analyse des Genoms von 15 

Corynebacterium jeikeium K 411 

Dr, Andreas Tauch, Prof. Dr. Alfred Pühler, 

Universität Bielefeld 


� Genexpressionsanalyse mit eXpress-Profiling 18 

und Kapillarelektrophorese 

Dr. Marcus Rothe et al., Beckman Coulter GmbH, Krefeld 


� Neuartiges Hochdurchsatzverfahren 22 

für die Analyse von Phosphoproteinen 

Karl Mechtler et al., 

Institut für Molekulare Pathologie, Wien 

R E P O R T 

� Heterologe Expressionssysteme für die Produktion 26 

rekombinanter Proteintherapeutika 

Prof. Dr. Thomas Jostock, Technische Universität Braunschweig 


� Glykane – vielversprechende Strukturen für 32 

Biomedizin und Biotechnologie 

Prof. Dr. Werner Reutter, Prof. Dr. Rudolf Tauber, 

Dr. Gesche Harms, Charité Berlin 


� Hochdurchsatz-Screening und 39 

Wirkstoffentwicklung in Gewebekulturen 

Dr. Peter Röhnert et al., KeyNeurotek AG, Magdeburg 

S E R V I C E 

� Kompetenzzentrum BioSecurity 42 

Oliver Bonkamp, Bio-Security Management GmbH, Bönen 

M A R K T Ü B E R S I C H T 

� Marktübersicht: Workstations 43 

� Stellenmarkt/Verbände 49 

� Produktwelt 51 

� Fax-Seite 53 

� Termine/Impressum 54 

LABORWELT 6. Jahrgang | Nr. 5/2005 | 3

DNA Sequencer 

� 


Ultraschnelle kosteneffiziente 

Genom-Sequenzierung 

Dr. Burkhard Ziebolz, Roche Diagnostics, Mannheim 

Eine neue Sequenziertechnologie, die bis zu 100mal schneller sowie kosteneffektiver arbeitet 

als die bislang zumeist genutzte Sanger-Methode hat Roche Applied Science jetzt auf 

den Markt gebracht. Das vom US-Partner 454 Life Sciences Corp. entwickelte Sequencing 

by Synthesis-Verfahren verkürzt die Sequenzierzeit im wesentlichen durch eine zellfreie 

hochparallele Methode zur Erzeugung einer genomischen DNA-Bibliothek, die gleichzeitige 

Amplifikation aller individuellen DNA-Fragmente der Bibliothek mit Hilfe der emPCR und ein 

hochparalleles Sequenzierungsprotokoll in Picoliterplatten. Der folgende Beitrag beschreibt 

die Leistungsfähigkeit und sich daraus ergebende neue Forschungsoptionen des neuen 

Genome Sequencer 20-Systems. 

Bei der shotgun-Sequenzierung wird das 

Genom zunächst enzymatisch in zufällig 

angeordnete, handhabbare Abschnitte zerlegt. 

Die resultierenden Fragmente werden 

dann sequenziert und Computerprogramme 

assemblieren das Puzzle winziger Fragmente 

wieder zur vollständigen DNA-Sequenz. 

Überlappende Sequenzen verschiedener 

Fragmente helfen dabei, die Millionen kleiner 

DNA-Abschnitte wieder in die richtige 

Reihenfolge zu bringen. 

Die shotgun-Methode nach Sanger 1 ist 

die heute am weitesten verbreitete Sequenzierungsmethode. 

Rund 280 mikrobielle 

Genome wurden bis dato mit dem Elektrophorese-basierten 

Verfahren entziffert 2 . 

Die dazu benötigte Zeit hängt dabei stark 

von der Ausrüstung ab. Ausgeklügelte 

Geräteausstattung ermöglicht es großen 

Sequenzierungszentren heute bereits, eine 

Rohsequenz innerhalb von nur zwei Wochen 

zu sequenzieren und zu assemblieren – eine 

Aufgabe, für die ein normal ausgestattetes 

Labor mehrere Monate oder sogar Jahre 

benötigen würde. Die technologischen Grenzen 

der Sanger-Technik lassen eine weitere 

Reduzierung der Kosten bzw. eine Erhöhung 

des Durchsatzes nicht zu 3 . 

Erstmals, seitdem Gilbert und Sanger 1980 

den Chemie-Nobelpreis für ihre Technologie 

erhielten, hat jetzt ein radikal neuer und kosteneffektiver 

Ansatz die Marktreife erreicht. 

A C 

B 

Abb. 1: Fließschema der Schrotschußsequenzierung und Assemblierung bakterieller Genome nach 454 Life Sciences. 

Input, output und benötigte Zeiten sind für jeden Schritt oben angegeben. Details siehe Text. 

Kennziffer 12 LW 05 · www.biocom.de � 

Das Genome Sequencer 20-System von Roche 

Applied Science ermöglicht Sequenzierungsläufe, 

die 100mal schneller sind als bei konventionellen 

Systemen am Markt. Die dem 

Gerät zugrundliegende Basistechnologie hat 

das US-Unternehmen 454 Life Sciences Corp. 

entwickelt 4 . Ein einziger Präparationsschritt 

ermöglicht jetzt die Herstellung einer DNA- 

Bibliothek, die das gesamte Genom repräsentiert 

– und ersetzt damit die bislang benötigten 

Roboter für das Kolonie-Picking und 

das Handling von Mikrotiterplatten. Durch 

eine hochparallelisierte Sequenzierungs- und 

Imaging-Technologie sowie hochentwickelte 

Algorithmen zur Datenanalyse ist das neue 

System imstande, innerhalb weniger Stunden 

20 Mb Sequenzdaten auf einem einzigen Gerät 

zu erzeugen. Die damit erreichte Einsparung 

an Zeit sowie an Kosten eröffnet neue 

Sequenzierungs-Anwendungen, wie: 

– die Produktion von Hochqualitäts-Drafts 

bisher nicht sequenzierter Genome 

– die Identifkation offener Leseraster (open 

reading frames, ORFs) 

– den Genomvergleich mit anderen Organismen 

– das Gewinnen eines Überblickes über die 

Genomstruktur 

– das Generieren von Hochqualitäts-Drafts 

von Stamm-Varianten 

– die Identifikation konservierter Bereiche 

– Das Aufspüren von Mutations-Hotspots 

– die Identifikation von Gen-Insertionen und 

-Deletionen sowie 

– die genomweite Suche nach seltenen Mutationen. 

Grafik: 454 Life Sciencs Corp. 

4 | 6. Jahrgang | Nr. 5/2005 LABORWELT

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Der von 454 Life Sciences entwicktelte Ansatz 

für das Whole Genome Shotgun-Sequencing 

ist weit weniger komplex als das Sanger-Verfahren, 

denn er kommt ohne Subklonierung 

von DNA-Fragmenten in Bakterien und das 

damit verbundene automatische Handling 

von Mikrotiterplatten aus. Jeder Arbeitsschritt 

ist darin vereinfacht, der Durchsatz 

um mehrere Größenordnungen erhöht (vgl. 

Abb. 1). 

Shotgun-Sequencing 

mit dem 454-Verfahren 

Die DNA-Probe wird zunächst fragmentiert 

und jedes resultierende Fragment mit DNA- 

Adaptern ligiert, welche die Primer-Sequenzen 

für die nachfolgenden Amplifikations- 

und Sequenzierungsschritte enthalten (Abb. 

1A). Diese Ligationsprodukte werden dann 

an Beads immobilisiert, um eine Zufallsbibliothek 

einzelsträngiger DNAs (singe stranded 

template DNA, sstDNA) zu erzeugen. 

Resultat ist eine auf Microbeads immobilisierte 

sstDNA-Bibliothek, in der jedes Bead 

ein einziges sstDNA-Molekül trägt, das in einer 

nachfolgenden emPCR amplifiziert wird 

(Abb. 1B). Dabei wird die gesamte an Beads 

gebundene genomische DNA-Bibliothek 

mit den Amplifikationsreagenzien in einem 

Wasser-Öl-Gemisch emulgiert. Jedes Bead 

wird in ein Mikrotröpfchen eingeschlossen, 

das als abgeschlossener Reaktionsraum für 

die Amplifikationsreaktion der individuellen 

(„klonalen“) sstDNA-Fragmente dient. 

Resultat der Amplifikation sind Beads, auf 

denen sich das jeweils individuelle DNA- 

Fragement in millionenfacher Kopie befindet. 

Die Beads werden zunächst mit Hilfe eines 

Zentrifugationsschrittes so getrennt, daß 

jedes Bead in der Vertiefung einer speziellen 

Picotiter-Platte plaziert wird (Abb. 1C). An 

den Bead-gebundenen Einzelsträngen findet 

jetzt die Sequenzierung statt – und zwar an 

allen Beads zugleich. Die so beladene Platte 

wird dann in den Genome Sequencer 20 geladen 

und sequentiell mit Nucleotidlösungen 

gespült. An den sstDNA-Fragmenten wird 

jeweils ein neuer DNA-Strang synthetisiert. 

Bei jeder Nucleotidbindung findet eine chemische 

Reaktion statt, die zu einem Lichtsignal 

führt. 

Die Signale werden von einer CCD-Kamera 

eingefangen, die simultan Informationen 

aus allen Wells der Platte aufnimmt. Ein 

onboard-Computer errechnet die Sequenz 

der individuellen DNA-Fragmente aus den 

aufgezeichneten Bilderserien. Die Rohdaten 

bestehen also aus einem Set digitaler Bilder, 

aus denen jeweils die Teilsequenz aller individuellen 

DNA-Fragmente bestimmt und 

danach zur Konsensussequenz assembliert 

wird. Die Reads können dabei gegen eine 

Scaffold-Sequenz kartiert werden, de novo 

assembliert oder als individuelle Reads im 

FASTA-Format ausgegeben werden. 


Traditionelle Assemblierungsprogramme 

wurden speziell für Readlängen des Sanger- 

Sequencing entwickelt (Ergänzung: 700-800 

Basen). Mit Blick auf Leselängen von 100 

Basen und die daraus resultierende hohe Zahl 

individueller Reads erscheinen diese nicht an 

das 454-Sequenziersystem angepaßt. Roche 

bietet einen speziell auf die Reads des neuen 

System abgestimmte Assembler-Software 

namens Newbler Assembler an. 

Tabelle 1 zeigt den Output des 454 Sequencing-Systems 

mit Blick auf Sequenzabdekkung 

und Sequenzierungsgenauigkeit, die 

durch Resequenzierung bekannter Genome 

bestimmt wurden. Die gezeigten Ergeb- 

Tab. 1: Output des de novo-Assemblers Newbler Assembler für verschiedene, in GenBank publizierte 

bakterielle Genome. Gezeigt sind die Kartierungsergebnisse von ein bis drei identischen 

Reads gegen das Referenzgenom. Wie die ‘Non-Repeat’-Reihe belegt, erreicht der 454-Prozeß 

einen hohen Grad an Sequeenzabdeckung. Repeat-Bereiche wurden von den Kartierungsergebnissen 

ausgenommen, da sie mit 100bp-reads nicht angemessen dargestellt werden können. 

M. genitalium C. jejuni H. salinarum S. pneumoniae B. licheniformis 

Genome Size 580,069 1,641,481 2,014,239 2,160,837 4,222,645 

PicoTiterPlate 1 2 2 3 3 

Assembly Contigs 21 49 91 232 128 

Assembly Coverage 96.26% 97.24% 99.04% 92.20% 98.53% 

% Bases Q40+ 98.84% 99.31% 99.86% 99.85% 99.77% 

Q40+ Accuracy 99.994% 99.995% 99.996% 99.995% 99.998% 

% Bases Q39- 0.16% 0.69% 0.14% 0.15% 0.23% 

Q39- Accuracy 92.114% 91.151% 97.928% 99.469% 98.575% 

Avg. Contig Size 26.6kb 32.8kb 25.1kb 8.6kb 32.5kb 

N50 Contig Size 39.3kb 59.2kb 83.8kb 12.8kb 54.8kb 

Largest Contig 80kb 134kb 394kb 53kb 208kb 

Misassemblies 3 1 6 7 3 

Mapped Contigs 11 36 19 152 35 

Mapped Coverage 99.94% 98.04% 99.39% 96.40% 98.94% 

- Non-Repeat 99.9998% 99.9999% 100.000% 100.000% 99.999% 

% Bases Q40+ 98.12% 98.64% 97.77% 97.89% 97.99% 

Q40+ Accuracy 99.998% 99.999% 99.995% 99.994% 99.999% 

nisse wurden mit Bakterien erzielt, deren 

DNA-Sequenz in GeneBank dokumentiert 

ist. Nach Sequenzierung wurden die Roh- 

Reads gegen das Referenzgenom kartiert 5 . 

Die erzielten Resultate belegen, daß das 454 

Sequencing-System einen hohen Grad an 

Sequenzabdeckung und Übereinstimmung 

mit publizierten Genomen gewährleistet. 

Lücken in der Rohsequenz sind das Resultat 

unvollständiger Sequenzabdeckung, bedingt 

etwa durch repetitive Bereiche, die über die 

Leselänge hinausgehen und daher nicht konsistent 

aufgezeichnet werden konnten. 

Wie gezeigt sind die Genom-Assemblierungen 

mit dem Newbler Assembler fast 

genauso umfassend wie die Daten aus der 

GenBank. Ein Großteil der assemblierten 

Basen stimmen mit denen des publizierten 

Referenzgenoms überein. Zudem ordnen 

die Assemblierungen mehr als 50% der 

Basen großen Contigs zu (N50 Contig size). 

Ein Contig ist eine zusammenhängende 

DNA-Sequenz, die durch das Assemblieren 

überlappender DNA-Fragemente mit Hilfe 

der eingesetzen Software entsteht. Wie bei 

den publizierten Daten treten Brüche in den 

Contigs zufallsstatistisch und an den Grenzen 

von Sequenzwiederholungen auf. 

Sanger vs 454 

Verglichen mit der Sanger-Methode ist die 

454-Technologie wesentlich schneller und 

kosteneffektiver. Darüber hinaus sind die 

mit der 454-Methode ermittelten Genome 

oftmals umfassender, in erster Linie, weil 

bei der Sanger-Methode im Gegensatz zu 

der neuen Technologie systematische Fehler 

durch nicht-klonierbare DNA-Bereiche – z.B. 

solche mit hohem AT-Gehalt – auftreten. Die- 

se Vorteile des 454 Sequencings eröffnen neue 

Forschungsmöglichkeiten – von der schnellen 

Untersuchung individueller Genvariationen 

bis zu Vergleichsstudien mehrerer Genome. 

Literatur 

[1] http://www.jgi.doe.gov/education/how/index.html 

[2] http://www.genomesonline.org/ 

[3] Read T.D. et al. (2002) Comparative genome sequencing for discovery of 

novel polymorphisms in Bacillus anthracis. Science 296, 2028-2033. 

[4] Margulies, M. et al. (2005) Genome Sequencing in Open Microfabricated 

High Density Picoliter Reactors. Advanced. Nature online publication. 

Doi:10,1038/nature03959. 

[5] Andreis, K. et al. (2005) A Diarylquinoline Drug Active on the ATP Synthase 

of Mycobacterium tuberculosis. Science 307, 223-227. 

Korrespondenzadresse 

Dr. Burkhard Ziebolz 

Roche Diagnostics 

Sandhofer Str. 116, D-68305 Mannheim 

Tel.: +49-(0)621-759-8555, Fax: -759-8609 

eMail: burkhard.ziebolz@roche.com 



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Proteomics 

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Eine neue Methode zur 

Proteinquantifizierung 


Prof. Dr. Rob Beynon, Dr. Mary K. Doherty, University of Liverpool; 

Dr. Julie M. Pratt; Markus Fischer, Entelechon GmbH, Regensburg; 

Prof. Dr. Simon J. Gaskell, University of Manchester 

Wir stellen eine neue Methode zur absoluten Quantifizierung von Proteinen vor. Grundlage der 

Methode ist die Herstellung von Sets quantifizierter Standardpeptide, die die zu untersuchenden 

Zielproteine repräsentieren. Dazu wird über Gensynthese ein künstliches Konkatemer hergestellt, 

welches die ausgewählten Zielpeptide kodiert, und anschließend Isotopen-markiert exprimiert. 

Das resultierende Protein wird chemisch quantifiziert und proteolytisch in die einzelnen 

Peptide verdaut. Diese Isotopen-markierten Peptide können mit den Analytpeptiden gemischt 

werden, die ebenfalls durch proteolytischen Verdau der zu quantifizierenden Zielproteine 

gewonnen werden. Das Gemisch wird mit Massenspektrometrie analysiert. Der Vergleich der 

Peak-Intensitäten zwischen Analyt- und Referenzpeptiden erlaubt die absolute Quantifizierung 

der Zielproteine. Diese Methode vermeidet die aufwendige und kostenintensive chemische 

Synthese und individuelle Quantifizierung von Referenzpeptiden. 

Key Words: Proteinquantifizierung, Massenspektrometrie, QconCAT, Proteomik, Konkatemer, 

Isotopenmarkierung 

Die Proteomforschung ist von großer Bedeutung 

für die gesamte biotechnologische und 

pharmazeutische Industrie. Ein fundamentales 

Verständnis der Expressionskinetik und 

der Interaktionsmuster des vollständigen 

Proteinsets einer Zelle ist entscheidend für die 

Identifizierung potentieller Wirkstoff-Targets. 

Allerdings war die Proteomforschung bislang 

durch das Fehlen einer kosteneffizienten Quantifizierungstechnik 

für Proteine eingeschränkt. 

Verfügbare Techniken konzentrierten sich vor 

allem auf die relative Quantifizierung, die 

keinen Vergleich zwischen unabhängigen Ex- 

perimenten zuläßt. Die absolute Quantifizierung 

erfordert üblicherweise die gleichzeitige 

Bestimmung repräsentativer proteolytischer 

Peptide und von stabilen Isotopen-markierten 

Analoga. Die grundsätzliche Einschränkung 

beim breiten Einsatz dieser Methode ist die 

Verfügbarkeit von Standard-Referenzpeptiden 

in genau bestimmten Mengen. 

Wir haben eine Methode zur Proteinquantifizierung 

(QconCAT) entwickelt, die es 

erlaubt, eine große Menge an Proteinen aus 

beliebigen Quellen – einschließlich in vivo- 

Proben – schnell und kostengünstig absolut 

Abb. 1: Schema der Konstruktion des Konkatemers aus den Aminosäuresequenzen der Zielproteine. 

Für jedes Zielprotein wird ein proteolytisches Peptid nach einer Reihe von Kriterien 

(Abwesenheit von Cysteinresten, hinreichend unterschiedliche Masse gegenüber anderen Peptiden, 

hoher Response-Faktor) ausgewählt. Aus allen Peptiden wird eine Konkatemer-Sequenz 

erzeugt, die dann in eine DNA-Sequenz rückübersetzt wird. Dabei wird die resultierende DNA- 

Sequenz für die Expression im Zielorganismus optimiert und anschließend künstlich hergestellt. 

zu quantifizieren, indem die benötigten Referenzpeptide 

in bekannter Menge bereitgestellt 

werden 1 . Während konventionelle Quantifizierungsmethoden 

wie ITRAQ 2 ausschließlich 

die relative Mengenbestimmung zweier 

Proteinproben erlauben, ist unsere Methode in 

der Lage, die absoluten Mengen von 20 bis 100 

unterschiedlichen Proteinen in einem einzigen 

Experiment zu ermitteln. 

Bisherige Ansätze basierten auf einem 

proteolytischen Verdau der Proteinproben 

und dem Vergleich der Peak-Intensitäten 

der resultierenden Peptide in einem Massenspektrum 

(z.B. AQUA 3 ). Um eine absolute 

Quantifizierung zu erreichen, mußten also 

Referenzpeptide mit stabiler Isotopenmarkierung 

chemisch synthetisiert werden und 

den Proteinproben vor der MS-Analyse zugegeben 

werden. Ein Vergleich der relativen 

Peak-Höhen ergab dann die absolute Menge 

der Analyten, sofern die genaue Menge der 

Referenzpeptide bekannt war. 

In vivo-Synthese von Referenzpeptiden 

Dieser Ansatz ist aufwendig und kostenintensiv, 

da jedes Referenzpeptid chemisch 

synthetisiert, aufgereinigt und quantifiziert 

werden muß, bevor es im eigentlichen Quantifizierungsexperiment 

eingesetzt werden kann. 

Unsere Methode löst gleichzeitig das Problem 

der Synthese, der Reinigung und der Quantifizierung 

einer großen Menge an Referenzpeptiden. 

Der Trick ist, statt einer chemischen 

Synthese eine in vivo-Synthese der Peptide 

durchzuführen: Bei dem QconCAT-Verfahren 

wird ein Satz proteolytischer Referenzpeptide 

anhand der Aminosäuresequenzen der Zielproteine 

ausgewählt. Diese Peptide werden 

sequentiell in einer DNA-Sequenz kodiert, 

die anschließend für die Expression optimiert 

und de novo synthetisiert wird. Das resultierende 

künstliche Gen wird nun in einem 

geeigneten Host-System exprimiert. Während 

der Expression werden Isotopen-markierte 

Aminosäuren zugegeben, so daß man ein Isotopen-markiertes 

Konkatemer erhält, das aus 

den ursprünglichen Peptidsequenzen besteht. 

Diese sind voneinander durch entsprechende 

proteolytische Schnittstellen getrennt. 

Das so hergestellte Protein kann anschließend 

zum Beispiel über einen Affinitäts-Tag 

gereinigt und proteolytisch in die eigentlichen 

Referenzpeptide gespalten werden. Dies ergibt 

ein Set von 20 bis 100 Peptiden, das unmittelbar 

als Referenzstandard in der MS-Analyse 

eingesetzt werden kann. Da alle Peptide im 

Konkatemer in äquimolaren Mengen vorhanden 

waren, reicht für eine Quantifizierung 

des gesamten Sets die Quantifizierung eines 

einzelnen Peptids aus. Um eine solche Quantifizierung 

zu erleichtern, werden die Peptide 

so ausgewählt, daß sie keine Cysteinreste 




Abb. 2: Herstellung der Referenzpeptide aus dem Konkatemer-Gen. Das künstliche Gen wird in 

einen Expressionsvektor kloniert und anschließend in einem geeigneten Hostorganismus in Anweseneheit 

Isotopen-markierter Aminosäuren exprimiert. Das Expressionsprodukt wird aufgereinigt, 

quantifiziert und mit den Zielproteinen gemischt, das Gemisch proteolytisch verdaut und massenspektrometrisch 

untersucht. Die relativen Peakintensitäten der unmarkierten Zielpeptide und der 

Isotopen-markierten Referenzpeptide erlauben eine absolute Quantifizierung der Zielproteine. 

enthalten, und es wird ein einzelnes, Cysteinenthaltendes 

Quantifizierungspeptid an das 

Konkatemer angehängt. 

Das komplette Konkatemer (und damit 

jedes Peptid) kann nun chemisch über die 

Reaktivität der Thiolgruppe dieses Cysteins 

quantifiziert werden. Nachdem das zugrundeliegende 

Gen einmal synthetisiert wurde, 

kann das Set an Referenzpeptiden jederzeit 

einfach in quantifizierten Mengen hergestellt 

werden, sooft es benötigt wird. Dies führt 

zu einem drastisch reduzierten Zeit- und 

Kostenaufwand für die Quantifizierung 

großer Mengen an Proteinproben, etwa im 

Hochdurchsatzscreening. 

Wir haben ein Konkatemer für die Quantifizierung 

eines Sets von 20 Skelettmuskel- 

Proteinen im Huhn hergestellt 4 . Für jedes Zielprotein 

wurde ein tryptisches Peptid gemäß 

folgender Kriterien ausgewählt: Das Peptid 

sollte kein Cystein enthalten, um die Bildung 

intra- und intermolekularer Disulfidbrücken 

zu vermeiden, und um ein einzelnes Cystein 

zur chemischen Quantifizierung des Konkatemers 

verwenden zu können. Weiterhin sollte 

jedes Peptid sich in seiner Sequenz von allen 

anderen Peptiden des Sets unterscheiden, 

und die Massen sollten sich hinreichend unterscheiden 

und in einem Bereich von 1.000 

bis 2.000 Da liegen. In diesem Bereich ist die 

Sensitivität von MALDI-TOF-Massenspektren 

üblicherweise hoch, und interferierende 

Signale sind niedrig. 

Da die beobachteten Intensitäten in Massenspektren 

für verschiedene Peptide stark 

variieren, und weil tryptische Peptide, die 

mit Arginin enden, im Durchschnitt höhere 

Response-Faktoren aufweisen als solche, die 

mit Lysin enden, haben wir Peptide ausgewählt, 

die entweder mit Arginin enden oder 

bekanntermaßen hohe Signalintensitäten im 

Massenspektrum aufweisen. 

Eine künftige Herausforderung ist die Entwicklung 

einer Software, die die Auswahl von 

Peptiden anhand dieser Kriterien und das Design 

der resultierenden Konkatemer-Sequenz 

erleichtert. Zusätzlich wäre ein Vorhersagemodell 

für die Response-Faktoren gegebener 

Peptidsequenzen wünschenswert. Wir gehen 

davon aus, daß ein solches Vorhersagemodell 

prinzipiell mit Hilfe eines neuronalen Netzwerks 

oder eines Hidden Markov-Modells 

erzeugt werden kann, wenn eine ausreichend 

umfangreiche Datenbank von Peptiden und 

deren Response-Faktoren zur Verfügung steht. 

Die beschriebene Methode wird wiederum 

hilfreich sein, eine solche Datenbank mit minimalen 

Kosten zu erzeugen. 

Das Konkatemer wurde mit Hilfe von Gensynthese 

hergestellt und in E. coli exprimiert. 

Das gewonnene Protein wurde nach Aufreinigung 

mit Hilfe von Trypsin hydrolysiert, 

und die resultierenden Peptide erfolgreich 

zur Quantifizierung von Proben aus dem 

Skelettmuskel des Huhns eingesetzt. Das 

Konzept kann leicht erweitert werden – zum 

Beispiel kann das Konkatemer Peptide für 

Splicevarianten des gleichen Proteins oder für 

Isoformen enthalten. Andere stöchiometrische 

Faktoren können erzielt werden, indem 

mehr als eine Kopie eines Peptids verwendet 

wird, um etwa den Detektionsbereich der 

Quantifizierung zu erweitern, wenn große 

Unterschiede in den zu bestimmenden Proteinmengen 

erwartet werden. 

Eine weitere Anwendung der Technologie 

ist die Herstellung von Kalibrierungsstandards 

für die Massenspektrometrie. Ein Konkatemer 

aus Peptiden mit entsprechend unterschiedlichen 

Massen kann jeden gewünschten Massenbereich 

abdecken und als Standard für die 

Kalibrierung von MS-Messungen dienen. 

Ein entscheidender Vorteil der Verwendung 

von Referenzpeptiden ist, daß der Response- 

Faktor (d.h. der Faktor der Korrelation 

zwischen Peptidmenge und Intensität im 

Massenspektrum) zwar in der Regel für unterschiedliche 

Peptide stark variiert, aber für 

jedes Zielpeptid und das korrespondierende 

Isotopen-markierte Quantifizierungspeptid 

identisch ist. Darüber hinaus beeinflussen 

nichtlineare Effekte der Ionensuppression 

die Ziel-Analyte und die Referenzpeptide 

gleichermaßen. 

Der durch QconCAT erzielte Effizienzzuwachs 

eröffnet eine Reihe neuer Möglichkeiten 

für die Proteomforschung, die Biotechnologie 

und die pharmazeutische Industrie. Es ist jetzt 

erstmals möglich, große Datenmengen zu 

Expressionsniveaus von Proteinen mit einem 

Bruchteil der Kosten bislang geläufiger Ansätze 

zu gewinnen. Dadurch sind Forscher nicht 

länger auf relative Vergleiche weniger Zellzustände 

beschränkt, sondern können z.B die 

kinetischen Profile ganzer Proteome erstellen 

und Expressionsniveaus für große Testmengen 

vergleichen, wie zum Beispiel in der Routine- 

Diagnostik oder der Umweltanalytik. 

Darüber hinaus ermöglicht die absolute 

Quantifizierung die Erfassung großer Datenmengen 

in langen – und gegebenenfalls verteilten 

– Experimentserien, so daß komplexe 

Probleme parallel von mehreren Laboratorien 

und in internationalen Kollaborationen durch 

schrittweise Datensammlung bearbeitet werden 

können. 

Literatur 

[1] www.qconcat.com 

[2] Applied Biosystems 

[3] Gerber, S. A., Rush, J., Stemman, O., Kirschner, M.W., Gygi, S.P., Proc. Nat. 

Acad. Sci. USA 100 (2003), 6940-6945 

[4] Beynon, R., Doherty, M. K., Pratt, J. M., Gaskell, S. J., Nature Methods 2 

(2005), 587-589 


Markus Fischer 

Entelechon GmbH 

St. Veit-Weg 2, D-93051 Regensburg 

Tel./ Fax: +49-(0)941-94683-65/-94683-66 

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RNA-Interferenz 

� 


MISSION shRNA-Library: 

die nächste Generation der 

RNA-Interferenz 

Stephanie Uder, Henry George und Betsy Boedeker, 

Sigma-Aldrich Corporation, St. Louis, MO, USA 

Die RNA-Interferenztechnologie ist eine der bahnbrechenden biologischen Entwicklungen der 

vergangenen zehn Jahre und hat die biologische Grundlagenforschung sowie die Untersuchung 

der Genfunktionen revolutioniert. Doch auch für die Zukunft eröffnet sie vielversprechende Perspektiven 

für das Drug Discovery und die Entwicklung neuer Therapeutika. In den vergangenen 

Jahren haben synthetische siRNAs die genetischen Werkzeuge für die Untersuchung eukaryotischer 

Systeme geliefert und diesen bis dahin schwierigen Prozeß vereinfacht. Allerdings 

hat die Suche nach Untersuchungsmethoden für Systeme mit unterschiedlicher Komplexität 

auch Probleme aufgeworfen. Vorklonierte MISSION shRNAs können diese Schwierigkeiten 

umgehen, indem sie ein System für eine langfristige Inaktivierung und phänotypische Beobachtung 

liefern. Außerdem steht ein Plasmid zur unbegrenzten Vermehrung zur Verfügung. 

Das System beinhaltet Optionen für die transiente oder stabile Transfektion und die Fähigkeit 

zur Erzeugung lentiviraler Partikel zur Infektion von primären Zellen, sich teilenden Zellen 

und sich nicht teilenden Zellen – verbunden mit der Integration in ihr Genom. 

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Die RNA-Interferenz-Technologie hat sich 

– nach einer 1998 erstmals an Caenorhabditis 

elegans durchgeführten grundlegenden 

Studie 1 – in rasantem Tempo zu einem heute 

revolutionären Hilfsmittel zur Untersuchung 

von Genfunktion, Stoffwechselwegen und 

der Physiologie von Krankheiten entwikkelt. 

In früheren Studien an Petunien wurde 

ein Phänomen („Cosuppression“ genannt) 

beobachtet, bei dem die Überexpression 

eines homologen Transgens dazu führte, 

daß sowohl das Transgen als auch das endogene 

Gen inaktiviert wurden 2 . Aus den 

bahnbrechenden Ergebnissen der späteren 

Studien an C. elegans ging eindeutig hervor, 

daß doppelsträngige RNA (dsRNA) mit der 

Genfunktion interferiert. Diese Entdeckung 

wurde als RNA-Interferenz – kurz RNAi 

– bezeichnet. Die Weiterentwicklung und 

Verfeinerung der RNAi-Technologie verlief 

in den letzten Jahren geradezu explosionsartig. 

Wir kennen nun den grundlegenden 

Mechanismus des endogenen RNAi-Wegs 

und wissen, daß der Weg in den meisten 

Eukaryoten vorhanden ist 3 . Zudem ist 

bekannt, wie die Zellmaschinerie genutzt 

werden kann, um die Proteinexpression gezielt 

stillzulegen. Es wurden wichtige Regeln 

und Parameter für die Verwendung kleiner 

interferierender RNAs (siRNAs) von weniger 

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RNAiGEXGG0905L4DE © 2005 QIAGEN, all rights reserved. 

LABORWELT 6. Jahrgang | Nr. 5/2005 | 11 

� 

W W W . Q I A G E N . C O M


Abb. 1: Fließschema der RNA-Interferenz. Gezeigt sind die verschiedenen Delivery-Strategien 

und das Processing von siRNA und shRNA in der Zelle. 

als 30 Basenpaaren (bp) entwickelt, die den 

Einsatz dieser dsRNAs in Säugetierzellen 

ermöglichen 4 , ohne den antiviralen Abwehrmechanismus 

der Zelle – die sogenannte 

Interferon-Antwort – auszulösen. Nach 

der Transfektion in die Zelle umgehen die 

synthetischen siRNAs die Spaltung durch 

das RNAse-Enzym Dicer (siehe Abb. 1) und 

werden in den Enzymkomplex RISC (RNAi- 

Induced Silencing Complex) eingebaut. RISC 

baut eine Hälfte des RNA-Doppelstranges 

ab, bindet mit Hilfe der anderen Hälfte an 

das komplementäre mRNA-Transkript und 

baut die mRNA (schließlich) vollständig ab. 

Damit steht die mRNA nicht mehr für die 

Translation in Protein zur Verfügung, was 

zu phänotypischen Veränderungen der Zelle 

führt. Dieses sogenannte Gene Silencing oder 

„gene knockdown“ kann auf mRNA-Ebene 

mithilfe der quantitativen RT-PCR, auf Proteinebene 

durch Western Blotting, ELISA und 

erst kürzlich entwickelte massenspektrometrische 

Proteinquantifizierungsverfahren wie 

etwa die AQUA-Technologie untersucht 

werden. 

Andere Forschungsarbeiten haben gezeigt, 

daß in DNA-Vektoren einklonierte siRNA- 

Sequenzen in der Wirtszelle exprimiert wer- 

den können. Dies schafft Möglichkeiten für 

eine länger andauernde Inaktivierung sowie 

eine Induktion des Silencings; außerdem 

steht Plasmid-DNA nach Replikation in E. 

coli in unbegrenzter Menge zur Verfügung. 

Darüber hinaus können die RNAi-Vektoren 

in virale Transfersysteme integriert werden 

und ermöglichen dadurch Gene kockdown 

in unzähligen Zellinien. Kürzlich durchgeführte 

Untersuchungen mit endogenen 

Mikro-RNAs (miRNAs) legen die Schlußfolgerung 

nahe, daß synthetische miRNA- 

Imitationen eingesetzt werden könnten, 

um den RNAi-Weg zu induzieren, statt 

direkt die 21bp-siRNA-Standardsequenz zu 

verwenden. Diese synthetischen miRNA- 

Formen, auch „Short Hairpin RNA“ (shR- 

NA) genannt, werden von Pol II- oder Pol 

III-Promotoren exprimiert. Die Haarnadelstruktur 

wird von Dicer erkannt und zerlegt, 

um siRNA zu bilden, die anschließend vom 

Enzymkomplex RISC zur Inaktivierung des 

Zielgens aufgenommen wird (vgl. Abb. 1). 

Die Methoden zur Entwicklung eines optimalen 

shRNA-Designs gleichen denen für 

siRNAs. 

Die shRNAs sind aus gegenläufigen 

Sequenzen entsprechend zur Ziel-mRNA 

aufgebaut, die bei Expression eine intramolekulare 

Stamm-Schleife-Struktur (Stem-Loop) 

erzeugen. Die Stammstruktur umfaßt in der 

Regel 19 bis 29 Basenpaare, die Schlaufenlänge 

variiert. Bei der Spaltung der shRNA 

durch Dicer liefert der Stamm die Sense- und 

Antisense-Stränge der resultierenden in vivosiRNA. 

Die Verwendung von synthetischen 

siRNAs und vektorbasierten shRNAs bietet 

abhängig vom zu untersuchenden experimentellen 

System ergänzende Verfahren und 

Lösungen. 

Wahl der richtigen RNAi-Methode 

Da die Zahl der RNAi-Methoden stetig 

zunimmt, stehen Optionen selbst für die 

komplexesten Systeme zur Verfügung. Bis 

vor kurzem war die synthetische siRNA die 

Methode mit der breitesten Anwendung für 

eine Vielzahl von Systemen und Applikationen. 

Mit der kommerziellen Entwicklung 

und Herstellung von synthetischen siRNAs 

ist kaum noch eine Bearbeitung durch den 

Endanwender notwendig. Dieses Format ist 

für jede Art von Forschung geeignet, vorausgesetzt, 

das System ist einfach transfizierbar 

(z. B. Standard-Zellinien). Allerdings ist der 

Einsatz synthetischer siRNAs nicht nur mit 

Vorteilen verbunden. Neben der Tatsache, 

daß es sich um eine nicht erneuerbare Ressource 

handelt, bereiten die kurze Dauer der 

Inaktivierung sowie Schwierigkeiten bei der 

Transfektion primärer Zellen und sich nicht 

teilender Zellinien wie Neuronen, Lymphozyten 

und Makrophagen Probleme. Zudem 

gestalten sich in vivo-knock down-Studien 

besonders schwierig. 


Um diese Hürden zu überwinden, liefern DNA-Vektor-basierte 

shRNA-Methoden die besten Lösungen. shRNA-Expressionsvektoren 

können in Escherichia coli vermehrt werden und stellen so 

unbegrenzt DNA für die Transfektion zur Verfügung. Außerdem 

bieten die Vektoren selektierbare Marker für eine stabile shRNA- 

Expression und das Gene Silencing. Eine der attraktivsten Möglichkeiten 

von plasmidbasierten Systemen ist die Kopplung der 

Technologie mit viralen Transfersystemen. Vektoren, die passende 

Virusverpackungssignale und Regulatorelemente enthalten, können 

verwendet werden, um die shRNA-Sequenz in infektiöse Viruspartikel 

zu verpacken. Nach entsprechender Pseudotypisierung 

können diese viralen Partikel ein breiteres Spektrum von Zellinien 

transduzieren, und so die Hindernisse einer Standardtransfektion 

überwinden. Virale Transfersysteme wurden umfassend im Rahmen 

der Gentherapieforschung untersucht und haben in diesem Zusam- 

Abb. 2: Aufbau des Vektors pLKO.1-puro 

menhang zahlreiche Modifikationen im Hinblick auf Sicherheit und 

Verwendung erfahren. Es ist jedoch wichtig, die Leistungsmerkmale 

der verschiedenen viralen Systeme zu berücksichtigen. Das Adenovirus 

sowie eine Reihe von Retroviren, unter anderm das Lentivirus 

und das murine Stammzellvirus (MSCV), sind nur einige der viralen 

Transfersysteme, die häufig Verwendung finden. Das Adenovirus 

bedient sich der rezeptorvermittelten Infektion und integriert sich 

nicht in das Genom für stabiles Silencing, während das murine 

Stammzellvirus nicht zur Integration in sich nicht teilende Zellinien 

wie Neuronen in der Lage ist. Das lentivirale System, das mit dem 

Hüllprotein VSV-G pseudotypisiert ist, stellt das ansprechendste 

System für die Virusverpackung und den Transfer von shRNA- 

Konstrukten dar. Seine Vorteile sind ein breiter Tropismus und ein 

nicht-rezeptorvermittelter Transfer, seine Fähigkeit zur Integration 

in das Genom für stabiles Gene Silencing. Durch seine Befähigung 

zur Mitose-unabhängigen Integration in das Genom eignet sich 

dieses System sowohl für sich teilende als auch sich nicht teilende 

Zellinien. Auch löst das lentivirale System keine Immunreaktionen 

aus und wirkt so Bedenken hinsichtlich Nebenwirkungen und der 

Verwendung in in vivo-Anwendungen entgegen. 

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In dem Bemühen, die Entwicklung und 

Verteilung von Werkzeugen für die RNAi- 

Forschung weiter zu unterstützen, gab 

Sigma-Aldrich im März diesen Jahres seine 

Mitgliedschaft, auch als Förderer, im TRC 

(The RNAi Consortium) bekannt. 

RNAi-Konsortium 

Das TRC ist eine Forschungsgemeinschaft 

des The Broad Institute mit renommierten 

Wissenschaftlern der Harvard Medical 

School, des Massachusetts Institute of Technology, 

des Whitehead Institute, des Dana 

Farber Cancer Institute, des Massachusetts 

General Hospital, der Washington University 

und der Columbia University. Neben 

Sigma-Aldrich unterstützen vier weitere auf 

dem Gebiet der Biowissenschaften führende 

Forschungsorganisationen die Mitglieder 

des Konsortiums. Die Mission des The Broad 

Institute und des TRC besteht darin, umfassende 

Hilfsmittel für die Genomforschung in 

der Medizin zu schaffen, sie Wissenschaftlern 

weltweit zur Verfügung zu stellen und neue 

Anwendungen für diese Werkzeuge zur 

Untersuchung von Krankheiten zu finden. 

Ziel des Konsortiums ist es, innerhalb von 

drei Jahren eine umfangreiche Bibliothek von 

RNAi-Reagenzien (vektorbasierte shRNA- 

Klone) für die Inaktivierung der Expression 

von menschlichen Genen und Mäusegenen 

aufzubauen und damit Wissenschaftlern 

die Möglichkeit zu geben, die Genfunktion 

Tab. 1: Mit shRNAs derzeit erreichbare 

Genfamilien innerhalb des RNAi-Konsortiums 

Genfamilie Human Maus 

(Gene) (5.300 ) (2.200) 

Carboxylase 4 2 

Cyclase 14 9 

Cyclin 32 14 

Dehydrogenase 212 1 

DUB 48 46 

GPCR 445 289 

G-Protein 64 47 

Hox 137 18 

Ionenkanäle 30 6 

Kinase 508 814 

Lipase 13 7 

Methylase/Demethylase 40 39 

NHR 46 48 

Oxidase 5 1 

Oxygenase 1 1 

PH Kontrolle 187 – 

Phosphatase 198 144 

Proteindegradation 392 563 

Reduktase 33 2 

Spliceosome 42 – 

Synthase 36 14 

Transkriptionsfaktoren 1,698 77 

Transferase 406 – 

Transporter 297 3 

Tumorsuppressoren 86 38 

UB(E1/E2/E3) 252 69 


in normalem physiologischen Kontext und 

bei Krankheit zu erforschen. Sigma-Aldrich 

unterstützt als wissenschaftliches Mitglied 

und als Geschäftspartner die Entwicklung, 

die Herstellung und die weltweite Verteilung 

der TRC-Bibliotheken mit lentiviralen vektorbasierten 

shRNAs für Mensch und Maus 

(MISSION shRNA). Die Sammlung wird 

vom Broad Institute des MIT und der Harvard 

University entwickelt und momentan 

auf 150.000 Klone erweitert, die auf 15.000 annotierte 

Humangene (MISSION TRC-Hs1.0) 

und 15.000 annotierte Mausgene (MISSION 

TRC-Mm1.0) abzielen. 

Derzeit sind etwa 35.000 Klone für 5.300 

menschliche Gene und für 2.200 Mausgene 

verfügbar (Tab. 1). Die Bibliotheken enthalten 

ein breites Spektrum an Genfamilien, 

Funktionsklassen und Arzneimittel-Targets. 

MISSION shRNA-Konstrukte werden unter 

Zuhilfenahme eines geschützten Algorithmus 

entwickelt, der potentielle Sequenzen 

nach ihrer wirksamen Inaktivierung des endogenen 

Gens auf der Basis von Nukleotidzusammensetzung, 

Position innerhalb des 

Zielgens und Sequenzspezifität über BLAST- 

Suche bewertet, um die Nebenwirkungen zu 

minimieren. Bis zu fünf shRNA-Sequenzen 

werden einzeln in pLKO.1-puro geklont 

(Abb. 2), um eine breite Abdeckung für jedes 

Zielgen und verschiedene Abstufungen 

der Inaktivierung zu erhalten (Abb. 3). Die 

Haarnadelstruktur umfaßt einen intramolekularen 

Stamm aus 20 bis 21 Basenpaaren 

und eine 6-Basen-Schlaufe. Sie wird bei der 

Expression über den U6(pol III)-Promotor 

in der Wirtszelle von Dicer erkannt und zerlegt. 

Der resultierende siRNA-Doppelstrang 

wird dann in den RISC-Komplex integriert 

und durchläuft den normalen Weg der 

RNA-Interferenz. Für eine stabile Auswahl 

in den Säugetierzellen ist der Marker für 

Puromycin-Resistenz vorhanden, während 

der Marker für Ampicillin-Resistenz bei der 

Plasmidvermehrung in E. coli wirkt. Die 

Konstrukte können sowohl zur transienten 

als auch zur stabilen Transfektion von Säugetierzellen 

verwendet werden. Darüber 

hinaus erlauben die Eigenschaften von 

pLKO.1-puro die Erzeugung lentiviraler Partikel 

zur Infektion einer Vielzahl von Zellen. 

5’ Long Terminal Repeat (LTR), SIN/LTR (3’ 

LTR) und Psi Packaging-Signal ermöglichen 

die Virusverpackung mittels 2-Plasmid- oder 

3-Plasmid-Lentivirusverpackungssystemen 5 . 

Durch diese Multi-Plasmid-Methode sind 

die resultierenden Viruspartikel nicht zur 

Replikation in der Lage und können nicht 

vermehrt werden, was die sichere Verwendung 

der Partikel erleichtert. Auch eine Deletion 

im U3-Bereich des 3’ LTR (SIN/LTR) 

beeinflußt nicht die Erzeugung des viralen 

Genoms während der Verpackung, sondern 

führt zum Verlust der transkriptionalen Fähigkeit 

des viralen LTR nach dem Transfer in 

die Zielzellen. Diese Eigenschaft hilft zudem, 

das Entstehungsrisiko replikationsfähiger 

Viruspartikel zu verringern, und verhindert 

Probleme mit Promotor-Interferenz. Am 

wichtigsten jedoch ist, daß der integrierte 

U6-Promotor und die shRNA-Sequenz 

innerhalb der Zielzellinie stabil exprimiert 

werden können. 

Danksagung 

Die Autoren möchten David Smoller, Vizepräsident 

Forschung und Entwicklung, sowie 

der Sigma-Aldrich Functional Genomics-For- 

Abb. 3: Silencing von JAK1 mit MISSION 

shRNAs 

schungs- und Entwicklungsgruppe für ihre 

harte Arbeit und ihr Engagement danken. 

Besonderer Dank gilt Amy Malterer, Renee 

Girault, David Cutter und Andrea Spencer 

für ihre Unterstützung bei den Experimenten 

für Viruspartikelproduktion und Inaktivierung. 

Das gesamte Team möchte David Root 

und den Kollegen am Broad Institute, Sheila 

Stewart von der Washington University sowie 

allen Mitgliedern des TRC seinen Dank 

für ihren wissenschaftlichen Rat und ihre 

Mitarbeit aussprechen. 

Literatur 

[1] Fire, A., et al., Potent and specific genetic interference by double-stranded 

RNA in Caenorhabditis elegans. Nature, 391, 806-811 (1998). 

[2] Napoli, C., et al., Introduction of a chimeric chalcone synthase gene in 

Petunia results in reversible co-suppression of homologous genes in 

trans. Plant Cell, 2, 279-289 (1990). 

[3] Hannon, G.J., RNA Interference. Nature, 418, 244-251 (2002). 

[4] Elbashir, S.M., et al., Duplexes of 21-nucleotide RNAs mediate RNA 

interference in cultured mammalian cells. Nature, 411, 494-498 (2001). 

[5] Stewart, S.A., et al., Lentivirus-delivered stable gene silencing by RNAi in 

primary cells. RNA, 9, 493-501 (2003). 

MISSION ist eine Marke von Sigma-Aldrich Co. und seinem verbundenen Unternehmen 

Sigma- Aldrich Biotechnology LP. 

Die RNAi Consortium-shRNA-Bibliothek wird unter Lizenz des Massachusetts 

Institute of Technology erstellt und verteilt. 


Sigma-Aldrich Chemie GmbH 

Dr. Margit Stadler 

Eschenstr. 5 

D-82024 Taufkirchen 

Tel.: +49-(0)89-6513-1509 

Fax: +49-(0)89-6513-1399 

eMail: mstadler@europe.sial.com 


Mikrobielle Genomforschung 

� 


Funktionelle Analyse des 

Corynebacterium jeikeium- 

Genoms 

Dr. Andreas Tauch und Prof. Dr. Alfred Pühler, Universität Bielefeld 

Bakterien, die fast allen zugelassenen Antibiotika widerstehen, werden zunehmend zu einer 

todbringenden Gefahr für die ohnehin oft immungeschwächten Patienten auf Intensivstationen. 

Besonders groß ist die Gefahr einer oft todbringenden Sepsis für immungeschwächte Patienten, 

die künstlich beatmet werden oder sich über Katheter und medizinische Instrumente 

mit den immer widerstandsfähigeren Keimen infizieren. In Intensivstationen, die immerhin 

60.000 der jährlich rund 600.000 Krankenhausinfektionen melden, liegt die Sepsis bereits auf 

Rang 2 der häufigsten Todesursachen, direkt nach der eigentlichen Erkrankung. Im folgenden 

berichten wir von der Sequenzierung und Annotation des Genoms des klinischen Isolates 

Corynebacterium jeikeium K 411 – einem multiresistentem Erreger nosokomialer Infektionen. 

Die Genomsequenz enthüllt eine Verbindung zwischen Fettsäurestoffwechsel, Virulenz und 

Lebensweise des multiresistenten, nosokomial pathogenen Hautbewohners. 

Wissenschaftliche Berichte über das Auftreten 

bakterieller Krankheitserreger, die gegen die 

meisten derzeit zugelassenen Antibiotika un- 

empfindlich sind, häufen sich in den letzten 

Jahren. Von einer derartigen Entwicklung 

betroffen, sind im besonderen Maße immun- 

210 x 137 QuickGene 12.09.2005 8:21 Uhr Seite 1 


geschwächte Patienten auf Intensivtherapieabteilungen, 

deren schwere Grundleiden 

mit naturgemäß infektionsanfälligen Maßnahmen 

behandelt werden. Bedingt durch 

die zunehmende Unempfindlichkeit von 

Krankheitserregern gegen Antibiotika können 

sich trotz der Fortschritte der modernen 

Intensivmedizin teilweise lebensbedrohende 

Probleme bei der Bekämpfung bakterieller 

Infektionserkrankungen ergeben. 

Zu diesem neuen Typus multiresistenter 

Krankheitserreger gehört auch das Grampositive 

Bakterium Corynebacterium jeikeium. 

Bei diesem Mikroorganismus handelt es sich 

um einen lipophilen Bewohner der menschlichen 

Haut mit an sich geringer Pathopotenz. 

Im Krankenhausumfeld kann das Bakterium 

allerdings als Erreger schwerer Infektionserkrankungen 

hervortreten. Klinische Isolate 

von C. jeikeium wurden ursprünglich als Erreger 

von Herzinnenhaut- und Herzklappenentzündungen 

beschrieben. Das Bakterium 

wird mittlerweile aber auch mit einer Vielzahl 

anderer nosokomialer Infektionen sowie 

mit häufig tödlich verlaufenden Formen der 

bakteriellen Sepsis in Verbindung gebracht. 

C. jeikeium ist ein wesentlicher Bestandteil der 

Hautflora immungeschwächter Intensivpatienten 

und zeichnet sich dadurch aus, daß eine 

einheitliche Empfindlichkeit von Klinikisolaten 

nur noch gegen die beiden Glykopeptid- 

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Antibiotika Vancomycin und Teicoplanin 

besteht. Bedingt durch diese Multiresistenz 

gegen Antibiotika können sich Probleme bei 

der Bekämpfung von Nosokomialinfektionen 

durch C. jeikeium ergeben, insbesondere bei 

der Behandlung von immungeschwächten 

Patienten auf Intensivstationen. 

Mechanismen der Multiresistenz 

von C. jeikeium K 411 

Am Institut für Genomforschung der Universität 

Bielefeld gelang nun die vollständige 

Sequenzierung der Erbinformation von C. 

jeikeium K411, einem multiresistenten Klinikisolat 

aus der Achselhöhle eines immunsupprimierten 

Intensivpatienten 1 . Dieses 

Genomprojekt wurde in Zusammenarbeit 

mit dem Bielefelder Lehrstuhl für Genomforschung 

und dem Gießener Institut für 

Medizinische Mikrobiologie durchgeführt. 

Computergestützte Analysen der Sequenzdaten 

ergaben, daß das Genom von C. jeikeium 

K411 aus einem zirkulären Chromosom 

mit einer Größe von 2.462.499 Basenpaaren 

besteht, das 2.104 Proteine kodiert (Abb. 1), 

sowie einem Plasmid mit einer Größe von 

14.323 Basenpaaren. Da bisher keinerlei 


genetische Daten über C. jeikeium verfügbar 

waren, liefert die Genomsequenz und die 

daraus abgeleitete Genausstattung erstmals 

detaillierte Einblicke in die Physiologie und 

die Lebensweise dieses Krankheitserregers 

sowie in die Mechanismen, die zu seiner 

Multiresistenz und Virulenz beitragen. 

Genomische Inseln 

Die Entschlüsselung der Sequenzdaten von 

C. jeikeium zeigte zunächst, daß die chromosomale 

DNA von zahlreichen „genomischen 

Inseln“ durchsetzt ist, die sich durch einen 

atypischen G+C-Gehalt auszeichnen. Viele 

dieser Bereiche sind in unmittelbarer Nähe zu 

mobilen DNA-Elementen lokalisiert oder stellen 

selbst Transposonen dar. Diese kodieren 

für Proteine, die vermutlich zur Multiresistenz 

von C. jeikeium beitragen können, aber auch für 

Proteine des Eisen- und Manganstoffwechsels. 

Hinsichtlich der Multiresistenz von C. jeikeium 

scheinen besonders Transportproteine von 

Bedeutung zu sein. Insgesamt wurden zwölf 

verschiedene Transportsysteme vorhergesagt, 

die am Export von Antibiotika beteiligt sein 

könnten. Viele Gene, die zur Unempfindlichkeit 

von C. jeikeium gegen Antibiotika 

Abb. 1: Karte des zirkulären Chromosoms von C. jeikeium K411. Abgebildet sind von außen 

nach innen die DNA-Koordinaten des Chromosoms in Kilobasen (Kreis 1) und Gene, die im bzw. 

gegen den Uhrzeigersinn exprimiert werden (Kreise 2 und 3). Die vorhergesagten Gene sind 

gemäß dem Klassifizierungsschema der Clusters of Orthologous Groups of proteins farblich 

markiert. Der G+C-Gehalt der DNA (Kreis 4) beträgt im Durchschnitt 61,4 %. Signifikante Abweichungen 

hiervon deuten darauf hin, daß das entsprechende DNA-Segment durch horizontalen 

Gentransfer erworben wurde. Der GC skew der DNA (Kreis 5) zeigt, daß das Chromosom von 

C. jeikeium durch einen bidirektionalen Mechanismus repliziert wird. 

beitragen, waren zudem bereits aus anderen 

hautbewohnenden Bakterien bekannt. Dies 

deutet darauf hin, daß Mechanismen des 

horizontalen Gentransfers eine wichtige Rolle 

bei der Entwicklung der Multiresistenz von C. 

jeikeium spielen. 

Eine metabolische Auswertung der Genomdaten 

wies interessanterweise auf das Fehlen 

eines Gens für das Enzym Fettsäure-Synthase 

hin. Damit liegt dem aus taxonomischen 

Arbeiten bekannten lipophilen Phänotyp 

von C. jeikeium sehr wahrscheinlich eine 

Fettsäure-Auxotrophie zugrunde. Da C. jeikeium 

außerdem nur ein sehr eingeschränktes 

Spektrum von Zuckern als Kohlenstoffquellen 

verwenden kann, deuten die Sequzenzdaten 

ferner darauf hin, daß im wesentlichen Komponenten 

des Fettfilms der menschlichen Haut 

über den Stoffwechselweg der β-Oxidation 

als Kohlenstoff- und Energiequellen genutzt 

werden. In diesem Zusammenhang sind 

besonders die möglichen Virulenzfaktoren 

von C. jeikeium von Bedeutung, da viele von 

ihnen an enzymatischen Reaktionen beteiligt 

sind, die durch eine Schädigung des menschlichen 

Gewebes Fettsäuren freisetzen können. 

Somit besteht offensichtlich ein unmittelbarer 

Zusammenhang zwischen der Abhängigkeit 

von exogenen Fettsäuren für das bakterielle 

Wachstum und der vorhergesagten Wirkungsweise 

der Virulenzfaktoren (Abb. 2). Damit 

wird auch verständlich, warum C. jeikeium 

überwiegend in der Achselhöhle, der Leistengegend 

und im Beckenbereich gefunden wird, 

denn nur dort scheint durch die Bildung des 

Hydrolipidfilms und die erhöhte Feuchtigkeit 

der Haut eine ausreichende Versorgung mit 

exogenen Fettsäuren gewährleistet zu sein. 

Weiterhin ist zu erwähnen, daß C. jeikeium 

durch die enzymatische Umsetzung von 

Sekreten der Achselhöhle und Komponenten 

des Hydrolipidfilms auch an der Entstehung 

des Schweißgeruches beteiligt sein kann. Auch 

hier besteht ein unmittelbarer Zusammenhang 

mit dem Fettsäuremetabolismus von C. 

jeikeium, da generell Biotransformationen von 

Sekreten und Talgbestandteilen der Haut hin 

zu strukturell ungewöhnlichen, kurzkettigen 

Fettsäuren für den Schweißgeruch der Achselhöhle 

verantwortlich gemacht werden. 

Diese Befunde spiegeln offensichtlich eine 

Anpassung des Zentralstoffwechsels von C. 

jeikeium an das Nahrungsangebot seiner präferierten 

Habitate wider und deuten zudem 

auf eine enge Interaktion mit dem humanen 

Wirt und seinen Sekreten hin. Welche Rolle C. 

jeikeium eigentlich als Bestandteil der menschlichen 

Hautflora spielt ist bislang allerdings 

unbekannt. Gelangt das Bakterium jedoch an 

ansonsten sterile Bereiche des menschlichen 

Körpers, kann es dort durch seine genetische 

Ausstattung mit Virulenzfaktoren schwere 

nosokomiale Infektionen hervorrufen. 

Das Genomprojekt mit C. jeikeium zeigt 

damit eindrucksvoll die Bedeutung der mikrobiellen 

Genomforschung für das Verständ- 


Abb. 2: Überblick über den Kohlenstoff- und Fettsäuremetabolismus 

sowie den Antibiotika-Export von C. jeikeium K411. Aktvierte Fettsäuren 

können durch β-Oxidation abgebaut oder der Mykolsäurebiosynthese 

zugeführt werden. Mykolsäuren stellen wichtige Bestandteile der kompakten 

Zellhülle von Corynebakterien dar. Exogene Fettsäuren können 

auch über die Schädigung menschlichen Gewebes durch Virulenzfaktoren 

(z. B. alkalische Ceramidase und Cholesterolesterase) freigesetzt 

werden. Eine derartige Wirkungsweise dieser Faktoren ist aus anderen 

humanpathogenen Bakterien (Pseudomonas aeruginosa und Francisella 

tularensis) bekannt. Durch die enzymatische Umsetzung von Komponenten 

des Hydrolipidfilms der Haut entstehen teilweise strukturell ungewöhnliche, 

kurzkettige Fettsäuren, die nicht weiter verwertet werden 

können, aber für die Ausprägung des Schweißgeruches verantwortlich 

sind. Antibiotika werden durch strukturell unterschiedliche Transportsysteme 

aus der Zelle exportiert. 

nis von Vorgängen in der menschlichen Hautflora. Erst die Kenntnis 

über die komplette Genausstattung eines Hautbewohners und die 

Entschlüsselung dieser Daten durch bioinformatische Verfahren kann 

derart faszinierende Einblicke in die Entwicklung einer Multiresistenz 

sowie in die Physiologie und Lebensweise eines Bakteriums liefern. 

Sicherlich wird in Zukunft die Sequenzierung weiterer Genome bakterieller 

Hautbewohner helfen, die äußerst komplexen Vorgänge in 

unserer unmittelbaren Umgebung noch besser zu verstehen. 

Literatur 

[1] Tauch A, Kaiser O, Hain T, Goesmann A, Weisshaar B, Albersmeier A, Bekel T, Bischoff N, Brune I, Chakraborty T, Kalinowski 

J, Meyer F, Rupp O, Schneiker S, Viehoever P, Pühler A. (2005), J Bacteriol. 187(13), p. 4671-4682 


Dr. Andreas Tauch 

Universität Bielefeld, Centrum für Biotechnologie 

Institut für Genomforschung 

Universitätsstraße 25, D-33615 Bielefeld 

Tel.: +49-(0)521-106-5605, Fax: +49-(0)521 106-5626 

eMail: andreas.tauch@genetik.uni-bielefeld.de 

� 


Mehr Information: 

LABORWELT 

www.hamiltonrobotics.com 

infoservice@hamiltonrobotics.com 

6. Jahrgang LIFE SCIENCE | Nr. 2/2005 ROBOTICS | 17 

focus 

applications 

Laboratory Automation News 

STAR Line 

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Liquid Handling Workstations. 

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• Kolonien picken 

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Es kann mit 1-12 

individuellen Kanälen 

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Kopf für Pipettierungen 

im Mikroliter-Bereich 

kombiniert werden. 

new products

Expression Profiling 

� 


Genexpressionsanalyse 

mittels eXpress-Profiling und 

Kapillarelektrophorese 

Dr. Marcus Rothe, Dr. Ramón Enríquez Schäfer, Dr. Jan Fiedler, Dr. Manfred Souquet, 

Beckman Coulter GmbH, Krefeld 

Nach Microarray-Studien ergibt sich meistens ein Set von bis zu einhundert interessanten 

Genen, welches weiter expressionsgenetisch untersucht werden soll. Die weitere Analyse 

dieses Gen-Sets mit Microarrays ist zeitaufwendig und teuer. Als Alternative steht eine High 

Throughput- Expressionsanalysemethode mit geringem Kostenaufwand – eXpress Profiling 

(XP RT-PCR) – zur Verfügung. Nach reverser Transkription dient die gebildete cDNA als 

Template für eine Multiplex-PCR, in der Fragmente der interessierenden Gene amplifiziert 

werden. Die unterschiedlich großen Fragmente lassen sich über eine nachfolgende Kapillarelektrophorese 

auftrennen. Über eine Verhältnisberechnung zwischen der Peakhöhe 

der Fragmente der interessierenden Gene und der Peakhöhe von Kontrollgenfragmenten 

ergibt sich die Expressionsstärke. Entscheidend für diese Methode ist, daß mit zwei Sorten 

von Primern gearbeitet wird. Die ersten PCR-Zyklen werden mit chimären, genspezifischen 

Primern durchgeführt, deren Enden Bindungsstellen für Universalprimer enthalten. Alle späteren 

Zyklen werden mit den Universalprimern durchgeführt, welche in wesentlich höherer 

Konzentration eingesetzt werden. Dadurch wird die Multiplex-PCR faktisch in eine einfach zu 

handhabende Singleplex-PCR überführt. 

Key Words: Genexpression, Microarray, Real-time PCR, quantitative RT-PCR, Multiplex RT- 

PCR, Kapillarelektrophorese 

Um einen Überblick der Genexpression in 

Zellen zu gewinnen, werden meist Microarray-Studien 

durchgeführt. Diese Untersu- 

chungen führen zu biologisch interessanten 

Genen, welche eine mögliche Rolle in den 

untersuchten zellulären Prozessen spielen. 

Danach wird nur noch die differentielle 

Expression dieser interessanten Gene in 

den Zellen analysiert. Es ist sinnvoll, diese 

Expressionsanalysen mit einer anderen 

Methode durchzuführen, um die Microarrayergebnisse 

zu überprüfen, zum Beispiel 

mit eXpress Profiling. Mit dem auf der Multiplex 

RT-PCR basierenden kostengünstigen 

Verfahren können hunderte von Genen 

gemessen werden. Das eXpress Profiling 

füllt die Lücke zwischen Microarray und 

Real-time PCR. In der Real-time PCR können 

nur einige wenige, mit unterschiedlichen 

Fluoreszenzfarbstoffen markierte Gene 

quantifiziert werden. 

Funktionsprinzip 

eXpress Profiling basiert auf einer Multiplex 

RT-PCR. Um diese quantitativ zu 

nutzen, sind folgende Schwierigkeiten zu 

überwinden: Ein Bias kann während der 

Amplifikation entstehen, welcher zu unreproduzierbaren 

Daten führt. Dieser Bias 

kann durch Primer-Primer- und Primer- 

Produkt-Wechselwirkungen sowie durch 

konzentrations- und sequenzabhängige 

Variationen in der Amplifikationseffizienz 

entstehen. eXpress Profiling umgeht diese 

Schwierigkeiten (siehe Abb. 1). Zu der 

mRNA werden genspezifische Primer gegeben. 

Für die reverse Transkription werden 

zunächst nur chimäre Rückwärtsprimer 

verwendet. Zur cDNA werden zusätzlich 

chimäre Vorwärtsprimer sowie Universalprimer 

gegeben und die PCR gestartet. 

Die eingesetzten chimären Primer besitzen 

eine genspezifische Sequenz und an ihrem 

5’-Ende eine Universal-Sequenz, welche für 

Abb. 1: Prinzip der eXpress Profiling-Methode A. Ausgehend von chimären Rückwärts-Primern erzeugt die reverse Transkriptase aus den mRNAs 

cDNAs. B. Nach Zugabe der chimären Vorwärts-Primer und der Universalprimer laufen ein bis zwei PCR-Zyklen unter Verwendung der chimären 

Primer ab. C. Nach den ersten zwei bis drei Zyklen erfolgen die weitere Zyklen unter Verwendung der Universalprimer, die in einem starken Überschuß 

vorliegen. Da einer der Universalprimer fluoreszenzmarkiert ist, können die Fragmente elektrophoretisch getrennt und detektiert werden. 

D. In der Kapillarelektrophorese läßt sich die Genexpression über den Vergleich mit Kontrollgenen ermitteln. Hier weist Fragment 1 die höchste 

Intensität auf, ist also am stärksten exprimiert. Es zeigt sich auch, daß sich nach Induktion der Zellen mit einem Wirkstoff das Expressionsmuster 

ändert: Die Expression des Gens 1 wird gegenüber der konstant exprimierten Kontrolle herunterreguliert, die von Gen 2 heraufreguliert. 


alle Vorwärts- und alle Rückwärtsprimer 

identisch ist. Die eingesetzten Universalprimer 

hybridisieren an die Universalsequenz. 

Entscheidend für das Funktionieren der 

Methode ist, daß die Universalprimer in einem 

großen Überschuß vorliegen. Dadurch 

läuft die PCR-Reaktion bereits nach etwa 

drei Zyklen komplett mit den Universalprimern 

ab. Die Universalprimer amplifizieren 

alle Fragmente in gleicher Weise. So wird 

schließlich die anfängliche Multiplex-PCR in 

eine Singleplexreaktion überführt. Variationen 

in der Amplifikationseffizienz verschiedener 

Fragmente, also die Erzeugung eines 

Bias, ist damit ausgeschlossen. Ein weiterer 

Vorteil des Einsatzes von Universalprimern 

ist, daß nur ein Universalprimer mit einem 

Fluoreszenzfarbstoff markiert werden muß. 

Alle anderen Primer sind unmarkiert, das 

spart Kosten. 

Das GeXP-System 

In Zusammenarbeit mit Althea Technologies 

Inc. (San Diego, USA) hat Beckman Coulter 

das Genexpressions Analyse System GeXP 

entwickelt. Dieses System basiert auf der 

Kapillarelektrophorese und enthält eine 

Software für das Multiplex-Assay-Design 

und die XP RT-PCR-Datenauswertung. Die 

XP RT-PCR-Produkte werden auf diese Kapillarelektrophorese 

aufgetragen und durch 

die Fluoreszenzmarkierung der Produkte 

detektiert. Jedes zu untersuchende Gen 

wird durch ein Fragment mit unterschiedlicher 

Größe in der Kapillarelektrophorese 

repräsentiert. Untersucht man 20 Gene, so 

erhält man in der Kapillarelektrophorese 

20 Peaks. Die Peakhöhe wird benötigt für 

die Berechnung der Expressionsstärke der 

Gene. Als interner Standard für die Messung 

der Genexpression dienen Fragmente 

von Housekeeping-Genen wie β-Actin oder 

GAPDH. Über eine Verhältnisberechnung 

zwischen der Peakhöhe der Fragmente der 

interessierenden Gene und der von Housekeeping-Gen-Fragmenten 

ergibt sich die 

Expressionsstärke. 

GeXP besitzt ein Softwaretool zur Erstellung 

eines Multiplex-Assays. Das 

Primer-Design wird durch Eingabe von 

Genbank-Zugangsnummern des Gensets, 

das untersucht wird, gestartet. Die Software 

führt dann das Primer-Design für 

die Multiplex-RT-PCR durch. Dabei wird 

auch berücksichtigt, daß die amplifizierten 

Fragmente eine optimale Größe haben, um 

sie in der Kapillarelektrophorese aufzutrennen. 

Beckman Coulter bietet zusätzlich 

Primer-Kits an, mit denen die Expression 

bestimmter Gensets in Mensch und Ratte 

untersucht werden können. 

Ein großer Vorteil der XP RT-PCR ist 

deren Flexibilität. Wenn zum Beispiel 5.000 

Reaktionen durchgeführt werden, entstehen 

100.000 Fragmente, die weiteranalysiert 


Tab. 1: Vergleich der Ergebnisse mit eXpress-Profiling und Microarray-Analyse 

Gen Niedrige Dosis Mittlere Dosis Hohe Dosis Technik 

ApoC-III -2,3 -1,1 -1,2 -2,0 -2,1 -2,7 -2,7 -2,5 XP PCR 

-1,6 -1,8 -1,5 -2,2 -2,7 -2,4 -4,7 -4,7 -4,6 Array 

HS-SULT -2,0 -3,2 -2,3 -5,9 -2,0 -7,8 -2,3 -3,4 XP PCR 

-1,6 -2,1 -2,1 -3,9 -1,4 -2,8 -2,1 -2,5 -3,9 Array 

PDK4 6,7 7,3 7,8 8,8 9,4 8,1 10,2 11,2 XP PCR 

9,4 9,4 8,9 14,4 11,8 13,9 12,9 16,6 18,5 Array 

PEPCK -4,1 -7,6 -4,1 -3,3 -1,4 -5,5 XP PCR 

-2,7 -3,4 -2,3 -2,0 -3,5 -3,7 -1,6 -2,4 -2,7 Array 

FACO 2,7 3,4 3,1 3,6 3,5 4,2 4,1 5,6 XP PCR 

2,3 2,9 2,4 3,7 2,7 4,0 3,7 6,0 4,9 Array 

TSC-22 -1,8 -2,0 -1,8 -2,5 -2,7 -2,2 -2,4 -2,9 XP PCR 

-2,8 -2,9 -2,6 -3,7 -3,7 -2,6 -4,0 -5,0 -4,3 Array 

IIbSPT 2,6 3,6 3,5 2,1 1,4 5,4 2,6 3,2 XP PCR 

2,7 3,4 3,6 2,3 1,8 7,0 1,9 2,0 2,3 Array 

Cat 1,1 1,1 1,2 1,1 1,2 1,0 1,2 1,3 XP PCR 

Array 

werden. Diese 5.000 XP RT-PCRs können 

genutzt werden, um 20 Gene in 5.000 Proben 

oder aber 100 Gene in 1.000 Proben oder aber 

1.000 Gene in 100 Proben zu untersuchen. 

eXpress-Profiling vs Microarrays 

In Vergleichsstudien wurde eine gute 

Korrelation zwischen XP RT-PCR und Microarrays 

gefunden 1 . Zum Beispiel wurden 

Veränderungen von Genexpressionsmustern 

in der Leber von Ratten nach Gabe unterschiedlicher 

Konzentrationen an Clofibrat 

untersucht. Hierzu wurde nach fünf Tagen 

der Karzinogenzugabe die Gesamt-RNA aus 

den Rattenlebern isoliert und für die Hybridisierung 

auf einen Microarray oder die 

Amplifikation mit der XP RT-PCR vorbereitet. 

Tabelle 1 zeigt die Daten für ein Genset, 

welches mit beiden Assays ermittelt wurde. 

Je Dosis wurden drei Tiere untersucht. 

Innerhalb der XP RT-PCR sind diese Gene 

als Teil einer 21plex untersucht worden. Die 

Werte zeigen ein Vielfaches der Änderung 

in der Expression gegenüber der Kontrolle. 

Negative Werte geben eine verminderte-, 

positive eine erhöhte Änderung wieder. 

Wie gezeigt, liegt eine gute Korrelation vor, 

sowohl was die Richtung als auch die Stärke 

der Änderung betrifft. 

eXpress-Profiling in der 

Krebsforschung 

Das eXpress-Profiling ermöglicht zudem 

eine schnelle Testung einer großen Zahl von 

chemischen Verbindungen im Hinblick auf 

ihren Einfluß auf die Genexpression (‚compound 

screening’). Johnson et al. 2 untersuchten 

den Einfluß von 9.000 Verbindungen 

auf Expression von sechs Genen, die bei 

Prostata-Tumoren überexprimiert sind. Ziel 

war es, Verbindungen zu identifizieren, die 

die Expression dieser Gene reduzieren. Humane 

Prostata-Adenokarzinomzellen (PC-3) 

wurden kultiviert und mit unterschiedlichen 

Konzentrationen der zu testenden Substanzen 

behandelt. Die Zellen wurden nach der 

Inkubationszeit lysiert und die RNA isoliert. 

In XP RT-PCRs untersuchten wir dann die 

Expression der sechs Gene sowie – zusätzlich 

– einiger toxikologischer Markergene 

im Vergleich zu den Kontrollgenen. Mehr 

als 50 der 9.000 getesteten Substanzen führten 

zu einer Reduktion der Expression der 

untersuchten Gene um mehr als 50%. Diese 

Substanzen wurden einer weitergehenden 

Charakterisierung unterzogen, wobei in drei 

Ansätzen jeweils sieben Dosen nach neun 

Zeitpunkten gemessen wurden. Pro Substanz 

wurden also 189 Meßwerte ermittelt, 

und zwar für jedes der sechs untersuchten 

Gene. Dadurch konnte für jede Substanz 

mit relativ geringem Aufwand die IC 50 exakt 

ermittelt werden – also der Wert, bei dem 

eine Hemmung der Genexpression um 50% 

eintritt. Die Studie demonstriert, daß bei 

der Suche nach spezifischen Verbindungen, 

die im Tumor überexprimierte Gene in der 

Expression hemmen, sich eXpress Profiling 

als sehr gute Methode anbietet. Es können 

hiermit Verbindungen gefunden werden, 

die zu einer Reduktion der Tumorbildung 

führen. 

Literatur 

[1] Kramer, J.A., Blomme, E.A., Bunch, R.T., Davila, J.C., Jackson, C.J., Jones, 

P.F., Kolaja, K.L., Curtiss, S.W., Toxicol Pathol 31(4) (2003):417-31. 

[2] Johnson, P.H., Walker, R.P., Jones, S.W., Stephens, K., Meurer, J., 

Zajchowski, D.A., Luke, M.M., Eeckman, F., Tan, Y., Wong, L., Parry, G., 

Morgan, T.K. Jr., McCarrick, M.A., Monforte, J., Mol Cancer Ther 1(14) 

(2002):1293-304. 


Dr. Marcus Rothe 

Genetic Analysis 

Beckman Coulter GmbH 

Europark Fichtenhain B13 

D-47807 Krefeld 

Tel.: 0180-500 1696 

mrothe@beckman.com 

www.beckmancoulter.com/genomelab 


Signalomics 

� 


Neuartiges Hochdurchsatz- 

Verfahren für die Analyse von 

Phosphopeptiden 

Michael Schutzbier, Björn Hegemann, Jan Michael Peters, Karl Mechtler, 

Institut für Molekulare Pathologie, Wien 

Christoph Stingl, Institut für Molekulare Biotechnologie, Wien 

Reversible Protein-Phosphorylierung ist eine sehr wichtige posttranslationale Modifikation. 

Diese Modifikation vermittelt sehr viele biologische Prozesse wie die Signalübertragung in 

eukaryotischen Zellen. Sie kontrolliert die Zellteilung und spielt eine wichtige Rolle in der 

intrazellulären Kommunikation. In jüngster Zeit wurde die Analyse von Phosporylierungen 

mittels Massenspektrometrie immer empfindlicher und zuverlässiger, so daß sie sich als 

„state of the art“-Technologie etabliert hat. Ein Nachteil massenspektrometrischer Methoden 

ist, daß die Interpretation der Analysenergebnisse sehr viel Zeit benötigt. So ist es nun an der 

Zeit, diesen „bottleneck“ zu schließen und eine Hochdurchsatzmethode zu entwickeln. 

Key Words: Phosphorylierung, NanoHPLC, PrecursorIonScan, 

Die posttranslationale Modifizierung von 

Proteinen durch eine Phosphat-Gruppe ist ein 

sehr verbreiteter Vorgang in eukaryotischen 

und prokaryotischen Zellen. Die Phosphorylierung 

eines Proteins kann dieses aktivieren 

oder inaktivieren, aber auch Bindestellen 

schaffen oder blockieren. Einfach gesagt, ist 

die Phosphorylierung wie ein Lichtschalter 

für das Protein: Sie schaltet diese Funktion 

an oder aus. Dieser Mechanismus ist besonders 

wichtig, wenn zelluläre Prozesse sehr 

schnell – also innerhalb weniger Minuten 

– ablaufen. Prozesse, die zu einem großen 

Teil durch Phosphorylierungen reguliert 

werden, sind die inter- und intrazelluläre 

Kommunikation sowie der Zellzyklus. 

Während des Zellzyklus erfährt die Zelle 

sehr umfangreiche Veränderungen in einer 

kurzen Zeit, durch die letztlich zwei Zellen 

mit identischer Erbinformation entstehen. Ein 

Großteil dieser Veränderungen wird durch 

Protein-Phosphorylierungen ausgelöst. Zum 

Verständnis der molekularen Mechanismen 

dieser Prozesse ist es essentiell, phosphorylierte 

Proteine zu detektieren und die genaue 

Position der Phosphorylierung innerhalb der 

Aminosäuresequenz zu identifizieren. 

Selektivität durch neue Strategien 

Die Anforderung an die Selektivität der 

Analytik ergibt sich aus den biologischen 

Eigenschaften der Phosphorylierungen. 

Zwar sind etwa ein Drittel der verschiedenen 

Proteinarten einer eukaryotischen Zelle 

phosphoryliert, diese Phosphorylierungen 

Abb.1: Dual-Gradient-NanoHPLC (LC-Packings) und 4000Qtrap-Massenspektrometer (Applied 

Biosystems) für die Analyse von Phospho-Peptiden mittels Precurser-Ion-Scan 

200 kDa – 

116 kDa – 

97 kDa – 

66 kDa – 

M IP 

Cohäsin- 

Komplex 

Abb. 2: SDS-PAGE-Silbergel des Cohäsin- 

Komplexes nach der Immunaffinitäts-Aufreinigung 

(M: Molekulargewicht-Marker, IP: 

Eluat der Immunaffinitäts-Aufreinigung) 

sind jedoch nicht während des Zellzyklus 

konstant. Weiterhin sind Phosphopeptide 

nur etwa in einem Umfang von 5% im Vergleich 

zu nicht-phosphorylierten Peptiden 

in der Probe vorhanden. Es wurden daher 

unterschiedliche Strategien entwickelt, um 

dennoch aus komplexen Gemischen eine 

möglichst komplette Information über die 

Phosphorylierung des analysierten Proteoms 

zu erhalten. Neben unterschiedlichen Anreicherungsmethoden 

für phosphorylierte Peptide, 

wie beispielsweise IMAC (immobilized 

metal affinity chromatography), gibt es auch 

unterschiedliche phosphorylierungsspezifische 

massenspektrometrische Ansätze. Ein 

solcher ist der PrecursorIonScan, bei dem 

ausschließlich phosphorylierte Peptide massenspektrometrisch 

erfaßt, dagegen aber alle 

unphosphorylierten Peptide ausgeblendet 

werden (Abb. 1). 

Immunaffinitäts-Aufreinigung 

des Cohäsin-Komplexes 

Die Analyse von humanen, Mitose-relevanten 

Proteinen erfolgt zumeist in HeLa-Kulturzellen. 

Diese können mit Nocodazol – einem 

Mikrotubuli-Gift – in der Mitose arretiert 

werden. Aus großen Kulturansätzen können 

so mitotische Proteinkomplexe extrahiert und 

aufgereinigt werden, deren Phosphorylierungsstatus 

durch die Zugabe von Phosphatase-Inhibitoren 

erhalten bleibt. 

Einer der vielen Mitose-relevanten Proteinkomplexe 

ist Cohäsin. Dieser Komplex bindet 

an Chromatin, das Protein-Gerüst der DNA, 

und spielt eine sehr wichtige Rolle beider 

gleichmäßigen Verteilung der replizierten 

DNA auf beide Zellen. Die Analyse von 

Cohäsin mittels konventioneller Methoden 


hatte ergeben, daß Cohäsin Mitose-spezifisch 

phosphoryliert wird. Durch Immunaffinitäts- 

Aufreinigung des Komplexes und anschließende 

Analyse der Phosphopeptide mittels 

Massenspektrometrie konnten eine Vielzahl 

von Phosphorylierungsstellen identifiziert 

werden. 

Zur Immunaffinitäts-Aufreinigung des 

Cohäsin-Komplexes wird peptidspezifischer 

Antikörper im Hasen generiert. Aus dem 

Hasen-Blutserum wird dieser über eine Peptid-Affinitätssäule 

aufgereinigt und kovalent 

an Sepharose-Beads gebunden. Wird nun 

der lösliche Teil des Zellextraktes mit den 

Antikörper-Beads gemischt, bindet der Cohäsin-Komplex 

mit hoher Affinität. Intensives 

Waschen der Beads entfernt den Großteil aller 

zellulären Proteine und erhält nur die spezifische 

Antikörper-Cohäsin-Bindung. Unter sauren 

Bedingungen denaturiert der Antikörper 

reversibel, so daß der aufgereinigte Komplex 

bei pH 2 eluiert werden kann. Die Elution 

erfolgt in sehr geringem Volumen, um neben 

der Aufreinigung auch eine Konzentration des 

Proteinkomplexes zu erreichen. 

Ein Teil des Eluates wird zur Qualitätskontrolle 

auf einem SDS-PAGE-Gel getrennt und 

die Proteinzusammensetzung mittels Silberfärbung 

ermittelt (Abb. 2). Die verbleibende 

Probe wird aufgeteilt, durch Reduktion und 

Alkylierung denaturiert und mit verschiedenen 

Proteasen verdaut. Dabei werden Peptide 

erzeugt, deren Größe für die MS-Analyse ideal 

und die über die komplette Proteinsequenz 

verteilt sind. Es kann somit jeder Abschnitt 

der aufgereinigten Proteine auf Phosphorylierungsstellen 

untersucht werden. Die verwendeten 

Enzyme sind ebenfalls für die folgende 

Auswertung von wesentlicher Bedeutung. 

Abb. 3: Flußdiagramm: Dual-Gradient-Nano-HPLC 


Die Lösung von Peptiden, die eine wesentlich 

höhere Komplexität als die ursprünglich 

eingesetzte Proteinlösung aufweist, wird 

anschließend mittels HPLC getrennt, die so 

separierten Peptide „online“ mittels HPLC- 

MS analysiert. Die Ionisierung erfolgt dabei 

mittels Nanospray. Bei der massenspektrometrischen 

Analyse werden nicht nur die 

Molekularmassen der einzelnen Peptide 

gemessen, sondern die Peptide werden auch 

fragmentiert. Aus diesen Daten wird durch 

einen Vergleich mit einer Protein-Datenbank 

die Aminosäure-Sequenz des Peptids ermittelt. 

Aus den gefundenen Peptiden wird dann 

das gesuchte Protein ermittelt. 

Nano-Chromatographie für die 

Analyse im Femtomol-Bereich 

Das zu untersuchende Material liegt im 

Routinebetrieb üblicherweise in einer Menge 

von wenigen Femtomol vor. Diese Tatsache 

stellt hohe Anforderung an die verwendeten 

Instrumente, besonders im Hinblick auf 

ihre Empfindlichkeit. Wesentliche Faktoren, 

die auf Seite der Chromatographie zum 

Erreichen der geforderten Empfindlichkeit 

beiträgt, sind die Säulendimension sowie 

der Säulenfluß. Sehr hohe Empfindlichkeiten 

werden mit Nano-Säulen mit 75µm 

Innendurchmesser erreicht. Flußraten von 

200 bis 300 nL/min sind üblich. Der Empfindlichkeitsgewinn 

durch den Einsatz 

kleinerer Säulen-Innendurchmesser nimmt 

dabei mit dem Quadrat des Durchmessers 

zu und übersteigt daher bei einer 75µm- 

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Säule im Vergleich zur etwa 60mal größeren 

konventionellen 4,2mm-Säule den Faktor 

3.000. 

Durch das Einstellen von Flußraten im Bereich 

einiger 100 nL ist es nicht mehr möglich, 

große Probenvolumina (z.B. 100 µl) direkt auf 

die Trennsäule zu laden. Um diesen Nachteil 

auszugleichen, wird mit Vorsäulen (0,3 mm 

Durchmesser) gearbeitet, auf der die Probe 

mit einem Fluß von 20 µl geladen wird. Das 

Packmaterial ist dabei das gleiche wie bei der 

verwendeten analytischen Trennsäule. Dadurch 

wird das Probenvolumen von einigen 

100 µL auf das Säulenvolumen von wenigen 

100 nL konzentriert. Weiter wird bei dieser 

Methode die Probe auf der Vorsäule entsalzt, 

denn Salze können die chromatographische 

und massenspektrometrische Analyse stören. 

Nach dem Beladen wird die Vorsäule vor die 

analytische Säule in Serie geschaltet. Danach 

wird die Probe von der Vorsäule durch einen 

Acetonitril-Gradienten eluiert und auf der 

nachgeschalteten analytischen Säule chromatographisch 

getrennt. 

Als Chromatographiesystem wird eine 

Dual-Gradient-NanoHPLC (Dionex) einge- 


setzt. Diese besitzt zwei Gradientenpumpen, 

die jeweils zwei analytische Säulen beschikken. 

Dadurch wird eine Reduktion der Analysendauer 

erreicht, da während die eine Säule 

eluiert, die andere Säule gewaschen und 

equilibriert werden kann. DieVerschaltung 

der Säulen ist in Abbildung 3 dargestellt. 

Bei 4000Qtrap (Abb. 4) handelt es sich um 

ein Triple-Quadrupol-Linear-Ionenfallen-Hybridgerät. 

Es besteht aus drei Quadrupolen, 

wobei zwei davon scannende Quadrupole 

sind (Q1 und Q3), die als Massenfilter wirken. 

Zwischen diesen beiden Quadrupolen 

befindet sich ein weiterer Quadrupol, der als 

Kollisionszelle dient (Q2, LINAC). In diese 

Kollisionszelle wird Stickstoff eingeleitet. 

Dadurch werden die in Q1 herausgefilterten 

und in der Kollisionszelle befindlichen Vorläuferionen 

durch Zusammenstöße mit Gasmolekülen 

fragmentiert. Die so entstandenen 

Fragmentionen werden in den nachgeschalteten 

Q3 weitergeleitet und dort analysiert. 

In solchen Triple-Quadrupolsystemen können 

Scanmodi wie MS2, MS3, „Multiple Reaction 

Monitoring“ (MRM), Neutral-Loss- und Precursor-Ion-Scan 


Abb. 6: oben: Basepeak-Chromatogramm Standard-Trap-Scan, unten: Basepeak-Chromatogramm 

Precurser-Ion-Scan 

Abb. 5: Flußdiagramm eines Precurser-Ion- 

Scans (PIS) 

Zusätzlich bietet das verwendete Triple- 

Quadrupol-Linear-Ion-Trap-System die 

Möglichkeit, den Quadrupol 3 als lineare 

Ionenfalle zu betreiben, wodurch die Vorteile 

von Ionenfallen genutzt werden können. 

Precursor-Ion-Scan (PIS) 

für Phosphorylierungen 

Bei dem Precursor-Ion-Scan wird in Q1 ein Ion 

ausgewählt, in Q2 fragmentiert, und der Q3 

– auf 79 Da (die Masse des PO -Ions) eingestellt. 

3 

Der Scan wird mit negativer Polarität durch- 

– geführt, um das negative geladene PO -Ion 3 

zu messen. 

Dieser Scanmodus ist bereits seit längerem 

bekannt, jedoch ist es erst mit dieser neuartigen 

Technologie möglich, während der Chromatographie 

vom negativen Modus in den positiven 

– und umgekehrt – zu schalten. Weiter 

wird nun mit der linearen Ionenfalle ein hochaufgelöster 

Scan durchgeführt, um die exakte 

Precursormasse und den Ladungszustand des 

Peptids zu bestimmen. Danach wird ein Tochter-Ionen-Spektrum 

(MS2) aufgezeichnet, um 

später eine Identifizierung des Peptids mittels 

Datenbanksuche zu ermöglichen (Abb. 5). Der 

Vorteil gegenüber herkömmlichen 3D- oder 

linearen Ionenfallen ist die außergewöhnliche 

Selektivität des Precursor-Ion-Scans. 

Es wurde ein Gemisch aus sechs Phospho-Peptiden 

[100 fmol] und BSA [500 

fmol] (bovine serum albumin) mittels eines 

konventionellen Scanmodus (wie er in normalen 

Ionenfallen üblich ist) analysiert (Abb. 


6 oben). Es kann dabei keine Trennung der 

Phospho-Peptide von BSA beobachtet werden. 

Wird jedoch das Gerät im selektiven 

Modus (Precursor-Ion-Scan) verwendet, kann 

dadurch die Komplexität des Gemisches 

dramatisch reduziert werden (Abb. 6 unten). 

Die zugefügte BSA-Matrix konnte dabei fast 

vollständig „ausgeblendet“ werden. Mit dieser 

neuartigen Methode konnten wir 5 fmol 

Phosphopeptide (in einem Gemisch aus 500 

fmol BSA) erfolgreich nachweisen. 

Bei der Messung mit Multiple Reaction 

Monitoring werden so genannte MRM-Übergänge 

gebildet. Das erste Ion ist die exakte 

Masse des Peptides in einem Ladungszustand. 

Dieses wird am Q1 ausgewählt und im Q2 

fragmentiert. Der Q3 ist auf ein starkes Fragment 

dieses Peptids eingestellt, welches am 

Detektor anschlägt. Dieser Scan kann nun ein 

MS2-Spektrum auslösen, um das Peptid zu 

charakterisieren. Die Zeit, um einen MRM- 

Übergang zu scannen, liegt bei 10 bis 50 ms je 

nach benötigter Empfindlichkeit. 

Die Vorteile dieses Scantyps sind die hohe 

Scan-Geschwindigkeit, hohe Empfindlichkeit 

wegen des geringen Hintergrundes und gut 

reproduzierbare Peakflächen. Dies ist für eine 

Quantifizierung von großer Bedeutung, da so 

das Verhältnis der Peakflächen zwischen phosphorylierten 

und unmodifizierten Peptiden 

�� 


Abb. 7: MRM-Scan eines phosphorylierten und 

des unmodfizierten Peptids 


bestimmt werden kann. Mit dieser Methode 

können die Änderungen von modifizierten zu 

unmodifizierten Peptiden schnell und exakt 

ermittelt werden (Abb. 7). 

Fazit 

Durch Anwendung von neuartigen Methoden 

(NanoHPLC/Precursor Ion Scan) ist es jetzt im 

Hochdurchsatzverfahren möglich, Phosphorylierungen 

zu bestimmen. Durch die Selektivität 

des Massenspektrometers werden hauptsächlich 

Phosphopeptide analysiert. Dadurch 

wird die nachfolgende Spektren-Interpretation 

wesentlich einfacher. Unter Anwendung einer 

Quantifizierungsmethode (MRM-Scan), kann 

nun am selben Gerät das Verhältnis von modifiziertem 

zu unmodifiziertem Peptid relativ 

genau bestimmt werden. 


Karl Mechtler 

I.M.P. – Research Institute of Molecular 

Pathology 

Dr. Bohrgasse 7 

A-1030 Wien, Austria 

Tel.: +43-1-79730-588n Fax: +43-1-7987153 

eMail: mechtler@nt.imp.univie.ac.at 

www.imp.univie.ac.at/protein 

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LABORWELT �� 

6. Jahrgang | Nr. 5/2005 | 25 

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Proteinexpression 

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Heterologe Expression 

von rekombinanten 

Proteinpharmazeutika 

R E P O R T 

Bernd Voedisch, Christian Menzel, Eva Jordan, 

Aymen El-Ghezal, Thomas Schirrmann, Michael Hust und Thomas Jostock, 

Technische Universität Braunschweig 

Der Markt für rekombinante Proteinpharmazeutika wächst stetig. Eine Vielzahl neuer Proteinwirkstoffe 

befindet sich in klinischer und vorklinischer Entwicklung. Daraus ergibt sich ein 

stark steigender Bedarf an Expressionssystemen und Produktionskapazitäten für rekombinante 

Proteine. Zwar werden derzeit fast ausschließlich E. coli- und Säugerzellsysteme zur 

Produktion von Proteintherapeutika eingesetzt, aber alternative Technologien zur Nutzung 

einer Reihe anderer Wirtsorganismen stehen zur Verfügung oder befinden sich in der Entwicklung. 

Im folgenden wird ein kurzer Überblick über einige populäre Expressionssysteme und 

deren Leistungsfähigkeit und Potential in bezug auf die Produktion therapeutisch relevanter 

rekombinanter Proteine gegeben. 

Die in den 1970er und 1980er Jahren entwikkelten 

Methoden der rekombinanten DNA- 

Technologie und des Gentransfer haben die 

Möglichkeit eröffnet, Proteine heterolog 

in Wirtsorganismen zu exprimieren. Mit 

der Produktion von Insulin in E. coli fand 

dieses Prinzip 1982 zum ersten Mal in der 

pharmazeutischen Industrie Anwendung 

bei der Herstellung eines Therapeutikums. 

Seither haben viele weitere Biopharmazeutika 

Marktreife erlangt, und mit Erythropoietin 

(EPO) ist eines der umsatzstärksten 

Medikamente überhaupt (2004: 6,9 Mrd. 

US-$) ein rekombinantes Protein. Neben 

E. coli finden vor allem Säugerzellsysteme 

wie CHO-Zellen (chinese hamster ovarian) 

bei der Produktion von Biopharmazeutika 

Anwendung, insbesondere im Bereich 

der rekombinanten monoklonalen Antikörper. 

Das Repertoire verfügbarer Expressionssysteme 

wird immer größer und beinhaltet 

unter anderem Gram-positive Bakterien, 

Hefen, Insektenzellen und transgene Pflanzen 

als Wirtsorganismen. Auch an einer 

Nutzung transgener Tiere zur heterologen 

Produktion von Biopharmazeutika und deren 

Aufarbeitung, etwa aus der Milch oder 

Hühnereiern, wird gearbeitet. 

Die wichtigsten Parameter zur Eignung 

eines für die Produktion therapeutischer 

Proteine genutzten Expressionssystems sind 

Tab. 1: Beispiele für Ausbeuten rekombinanter Proteine in verschiedenen Wirtsorganismen 

Wirtsorganismus Protein Ausbeute Quelle 

E. coli Alkalische Phosphatase 5,2 g/l Choi et al. 2000 

Humanes EGF 325 mg/l Sivakesava et al. 1999 

B. brevis scFv-Antikörper 10 mg/l Shiroza et al. 2001 

Fab-Antikörper 100 mg/l Inoue et al. 1997 

Humans IL-2 120 mg/l Takimura et al. 1997 

B. subtilis Staphylokinase 337 mg/l Ye et al. 1999 

scFv-Antikörper 15 mg/l Wu et al 2002 

Proinsulin 1g/l Olmos-Soto et al. 2003 

P. pastoris Murines Kollagen 15 g/l Werten et al. 1999 

TNF 10 g/l Streekrishna et al. 1989 

scFv-Antikörper 100 mg/l Ridder et al. 1995 

A. niger t-PA 25 mg/l Wiebe et al. 2001 

IgG-Antikörper 900 mg/l Ward et al. 2004 

Insektenzellen Humane MMP9 300 mg/l George et al. 1997 

CHO-Zellen t-PA 50 mg/l Wurm, F.M. 2004 

IgG-Antikörper 4,7 g/l Wurm, F.M. 2004 

Tabak GFP 4 g/kg Marillonet et al. 2005 

Kartoffel Hepatitis-B-Antigen 16 mg/kg Richter et al. 2000 

die damit verbundenen Produktionskosten, 

Sicherheitsaspekte (FDA-Zulassung), und 

gegebenenfalls posttranslationale Modifikationen 

und ihr Einfluß auf die klinische 

Effizienz und Immunogenität des Produktes. 

Naturgemäß wirken sich die kurzen 

Generationszeiten von Hefen und Bakterien 

und ihre relative Anspruchslosigkeit an 

Kulturmedien positiv auf die Kosten von 

mikrobiellen Produktionsprozessen aus. 

Säuger- und Insektenzellen stellen höhere 

Anforderungen an das Kulturmedium und 

die Fermentationstechnologie, was mit 

signifikant höheren Kosten verbunden ist. 

In bezug auf Sicherheitsaspekte haben mikrobielle 

Systeme den Nachteil einer potentiellen 

Endotoxinbelastung des Produktes. 

Bei Säugerzellsystemen, insbesondere bei 

humanen Zellen, können mögliche virale 

Kontaminationen problematisch sein. Im Bereich 

der transgenen Pflanzen und Tiere muß 

überdies gewährleistet sein, daß es nicht zu 

einer Auskreuzung und unkontrollierten 

Verbreitung des Transgens kommt. Die Frage 

der posttranslationalen Modifikationen stellt 

sich bei allen Produkten, die für ihre pharmakologische 

Funktion auf eine korrekte 

Glykosylierung angewiesen sind, sowie bei 

komplexen Proteinen mit Disulfidbrücken, 

wie etwa rekombinante „Antikörper“. Hier 

sind eukaryotische Systeme gegenüber bakteriellen 

Systemen im Vorteil. 

Prokaryotische Systeme – E. coli 

Aufgrund seiner sehr gut untersuchten Genetik 

und Physiologie, kurzen Generationszeit 

und einfachen Handhabung ist das 

Gram-negative Enterobakterium Escherichia 

coli der zur Expression rekombinanter Proteine 

am häufigsten eingesetzte Organismus. 

Rekombinante Proteine können in E. coli auf 

mehr als 20% des gesamten zellulären Proteins 

angereichert werden. Die Expression 

in E. coli ermöglicht jedoch keine posttranslationalen 

Proteinmodifikationen wie etwa 

Glykosylierungen. Außerdem sind oft die 

Erträge an funktionellem Protein gering. 

Fremdproteine mit größeren hydrophoben 

Regionen und komplexen Disulfidbrücken 

lagern sich als Einschlußkörperchen – sogenannte 

inclusion bodies – im Zytoplasma ab. 

Sie können häufig nur durch vollständige 

Denaturierung wieder gelöst werden und 

müssen anschließend in vitro zurückgefaltet 

werden („refolding“). Dadurch sinkt 

die Ausbeute an funktionellem Protein 

erheblich. 

Deshalb wird viel Aufwand zur Verbesserung 

der sekretorischen Proteinexpression 

in E. coli betrieben, um die Proteinaufreinigung 

zu vereinfachen und die Ausbeute 

an funktionellen Protein zu erhöhen 1 . Am 

weitesten verbreitet ist das sec-System, 

bei dem die rekombinanten Proteine nach 

Fusion mit bestimmten Signalpeptiden 



(z. B. OmpA, PelB, PhoA, MalE) in das Periplasma sekretiert werden 2 . 

Die Abspaltung des N-terminalen Signalpeptids entfernt zugleich 

die bakterielle Aminosäure Formylmethionin aus dem sekretierten 

Proteinprodukt. Proteine mit einem TAT-Signalpeptid (z. B. aus TorA, 

Tap) werden über das TAT-System (twin arginine translocation) in 

das Periplasma sekretiert 3 . Das TAT-System könnte höhere Ausbeuten 

an funktionellem Protein erzielen, da nur gefaltete Proteine in 

das Periplasma transportiert werden. Da sich Disulfidbrücken erst 

im stärker oxidativen Milieu des Periplasmas effektiv ausbilden 

können 4 , ist für Proteine mit komplexen Disulfidbrücken eher das 

sec-System zur Sekretion geeignet. Durch geringere Expressionstemperaturen 

(20-30 °C) und eine geringe Expressionsinduktion werden 

die intrazelluläre Ablagerung der Proteine verringert und die 

Sekretion in das Periplasma gefördert. Die Ko- oder Überexpression 

von Chaperonen (z. B. SurA, FkpA, Skp) und Disulfid-Isomerasen 

(DsbC, D) fördert die korrekte Proteinfaltung und Ausbildung der 

Disulfidbrücken 5-6 , während eine periplasmatische Degradation mit 

Protease-defizienten E. coli-Stämmen (DegP-, OmpT-, Protease III-, 

Tsp-) verringert werden kann 7 . 

Die äußere Membran Gram-negativer Bakterien verhindert bei 

der periplasmatischen Expression die effiziente Sekretion in das 

Medium – die Bakterien müssen vollständig oder partiell lysiert 

werden, damit die periplasmatisch angereicherten Proteine gewonnen 

werden können. Das alpha-Hämolysin-(hly)-Transporter-System 

erlaubt den direkten Transport rekombinanter Proteine durch beide 

Membranschichten in das Medium 8-9 . Die Proteinsekretion kann auch 

durch Verwendung Zellwand-defizienter Stämme und von L-Formen 

erhöht werden. Ausbeuten von mehreren g/L des Blutgerinnungshemmers 

Hirudin (α-Cyclodextringlykosyltransferase-Signalpeptid) 

wurden in einer E. coli-Sekretionsmutante mit löchriger äußerer 

Membran erreicht 10 . 

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Gram-positive Bakterien, wie zum Beispiel Bacillus subtilis, Bacillus 

brevis und Bacillus megaterium stellen aufgrund des Fehlens der äußeren 

Membran ein interessantes Produktionssystem dar. Rekombinante 

Proteine, die sekretiert werden sollen, gelangen nach Transport durch 

die Zytoplasmamembran direkt in das Medium. Dies erleichtert die 

nachfolgende Aufreinigung und reduziert dadurch die Kosten. 

Gram-positive Bakterien haben weiterhin den Vorteil, daß keine 

Lipopolysaccharide vorhanden sind, die Bestandteil der äußeren 

Membran von Gram-negativen Bakterien sind. Lipopolysaccharide 

stellen als Endotoxine, die eine starke Immunantwort hervorrufen, 

einen Störfaktor für therapeutische Anwendungen dar 


11 . 

Ein Problem bei der Produktion von extrazellulären Proteinen in 

Bakterien und Hefen ist der Abbau durch Proteasen. Durch den Einsatz 

Protease-defizienter Stämme kann dieses Problem jedoch minimiert 

werden12-15 . Des weiteren stehen eine Vielzahl von Vektoren zur Verfügung, 

die frei replizierbar oder integrativ sind. 

B. subtilis stellt einen sehr gut erforschten Produktionswirt dar. 

Proinsulin konnte in einer Menge von 1 g/L produziert werden16 . 

Staphylokinase, ein Enzym zur Auflösung von Blutgerinnseln, konnte 

mit einer Ausbeute von 337 mg/L überproduziert werden. Verglichen 

dazu konnte mit E. coli nur eine Menge von 50 mg/L erzeugt werden17 . 

Single-chain-Antikörperfragmente konnten in einer Konzentration 

von bis zu 15 mg/L hergestellt werden12-13 . 

B. brevis wurde ebenfalls erfolgreich zur Produktion von rekombinanten 

Proteinen eingesetzt, darunter Cytokine, Hormone und 

verschiedene Antikörperfragmente. scFV- und Fab’-Antikörperfragmente 

konnten mit 10 mg/L beziehungsweise 100 mg/L produziert 

werden18-19 . Humanes Interleukin-2 konnte in B. brevis mit Produktionsraten 

von 120 mg/L erzeugt werden15 Freedom EVO® gDNA XL für die Reinigung 

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R E P O R T 

Abb. 1: Integration des „Gene of Interest“ in das Hefegenom. Die Integration des „Gene of Interest“ 

erfolgt in der transformierten Hefe durch homologe Rekombination. Hier dargestellt: Genintegration 

durch „Single Crossover“ 

Ein Nachteil aller prokaryotischen Produktionssysteme 

ist die eingeschränkte Möglichkeit 

zu posttranslationalen Modifikationen, 

wie etwa der Glykosylierung. Für Proteine, 

die nur mit diesen Modifikationen biologisch 

aktiv sind, stellen auch Gram-positive Bakterien 

kein geeignetes System dar. Weiterhin ist 

die Plasmidstabilität bei den verschiedenen 

Bakterien unterschiedlich. B. megaterium zeigt 

etwa eine höhere Plasmidstabilität als B. subtilis. 

Andererseits ist die Transformationsrate 

bei B. megaterium sehr gering 20 . 

Eukaryotische Systeme – Hefen 

Für die heterologe Proteinexpression stellen 

Hefen ein Bindeglied zwischen prokaryotischen 

Expressionssystemen und eukaryotischen 

Insekten- und Säugerzellsystemen dar. 

Sie vereinen die Vorteile kurzer Generationszeiten 

und geringer Nährmedienansprüche 

mit denen der posttranslationalen Modifikationen 

des eukaryotischen Faltungs- und 

Sekretionsapparates. 

Bei den in der Forschung und Industrie 

relevanten Hefen handelt es sich um S. cerevisiae, 

K. lactis, P. pastoris und H. polymorpha. 

Zwar ist S. cerevisiae die genetisch am besten 

charakterisierte Hefe, P. pastoris erreicht aber 

wesentlich höhere Expressionsraten, was 

unter anderem auf eine wesentlich effizientere 

Sekretion zurückzuführen ist. Im Fall 

des Tetanus-Toxin-Fragmentes C ergaben 

sich etwa folgende Ausbeuten: P. pastoris 

12 g/L, S. cerevisiae 1 g/L. Daher wird hier 

lediglich auf P. pastoris genauer eingegangen. 

Bei der rekombinanten Proteinexpression in 

P. pastoris macht man sich deren Fähigkeit 

zur Verstoffwechselung von Methanol zunutze, 

in dessen Verlauf die Alkoholoxidase 

(AOX1) bis zu 30% der in den Zellen vorhandenen 

Gesamtproteinmenge ausmachen 

kann. Daher wird der starke Promotor von 

AOX1 für die Expression des gewünschten 

Proteins eingesetzt und die entsprechende 

cDNA über homologe Rekombination gezielt 

in den AOX1-Lokus des Hefegenoms 

integriert (Abb. 1) 

Kommerziell erhältliche Vektorsysteme 

(z.B. EasySelect TM , Invitrogen) erlauben 

sowohl eine intrazelluläre wie sekretorische 

Proteinexpression. Als Sekretionssignal 

wird meistens das „alpha-mating factor“- 

Sekretionssignal von S. cerevisiae genutzt. 

Die Wahl der Signalsequenz beeinflußt die 

Sekretionseffizienz sowie das Ausmaß der 

Glykosylierung und ist daher entscheidend 

für die Proteinausbeute und Qualität und 

Funktionalität 21 . Im Vergleich zu S. cerevisiae 

weist P. pastoris eine deutlich geringere 

Hyperglykosylierung (teilweise > 100 

Mannosemoleküle pro Seitenkette) auf. Die 

pharmakologische Verwendung von rekombinanten 

Proteinen aus Hefen ist aufgrund 

der vom Säugetier abweichenden Glykosylierungs-Muster 

begrenzt. Gegenwärtige Bestrebungen 

zielen auf eine Humanisierung 

der Hefe-Glykosylierung ab 22 . 

Vorteilhaft für die Aufreinigung der 

rekombinanten Proteine wirkt sich die geringe 

Zahl sekretierter Hefeproteine bei P. 

pastoris aus. Die Bandbreite der erfolgreich 

exprimierten Proteine reicht von Cytokinen 

und Rezeptoren bis zu Antikörpern. 

Augenblicklich ist die Produktion von rekombinantem 

Trypsin (Roche) die einzige industrielle 

Anwendung von P. pastoris. Grund 

für die geringe Verbreitung sind höhere 

Produktionskosten für explosionsgeschützte 

Anlagen sowie eine fehlende Zulassung für 

den Bereich der Lebensmitteltechnik durch 

die FDA. 

Filamentöse Pilze 

Verschiedenste Produkte wie Antibiotika, 

Enzyme, organische Säuren, Lebensmittel 

und Polysaccharide werden in industriellen 

Prozessen unter Verwendung filamentöser 

Pilze produziert. In solchen Produktionsverfahren 

haben sich zwei Arten der 

Gattung Aspergillus (A. niger und A. oryzae) 

durchgesetzt. Am Beispiel der Glukoamylase 

ist gezeigt worden, daß Aspergillus im Submersverfahren 

eigene homologe Proteine mit 

hoher Effizienz sekretieren kann. Daher sind 

Mikroorganismen der Gattung Aspergillus 

auch interessante Wirtsorganismen zur Herstellung 

heterologer Proteine. Insbesondere 

die Fähigkeit zur effizienten Exkretion, wie 

sie auch andere filamentöse Pilze wie etwa 

Trichoderma aufweisen, kann genutzt werden, 

um rentable Prozesse zu entwickeln. In Aspergillus 

findet eine effiziente Glykosylierung 

heterologer Proteine 23 statt, die jedoch vom 

Muster humaner Proteine abweicht. Die 

intra- und extrazelluläre Proteaseaktivität ist 

ein wesentliches Problem bei der Produktion 

heterologer Proteine in Aspergillus – es wurden 

jedoch Erfolge mit proteasedefizienten 

Stämmen erzielt. 

Insbesondere drei Arten von Aspergillus 

(A. niger, A. oryzae und A. nidulans) wurden 

bisher als Wirtsorganismen für die Produktion 

heterologer Proteine eingesetzt. 

Obwohl Aspergillus nidulans physiologisch 

und genetisch am besten charakterisiert ist, 

eignet sich A. niger besonders für industrielle 

Produktionsprozesse 23-24 . 

Für die Expression heterologer Gene in Aspergillus 

werden Expressionskassetten stabil 

in das Genom der Wirtszelle integriert. Mit 

unterschiedlichsten Transformationsmethoden 

kann eine spezifische oder ortsgerichtete 

Integration erreicht werden 26 . 

Eine effiziente Expression kann erzielt 

werden, indem das heterologe Protein als 

Fusion an Glukoamylase produziert wird 

27-29 . Zwischen das heterologe Protein und 

Glukoamylase kann eine Spaltsequenz (meistens 

Kex2-Seite) zur Abtrennung des Gluckamylaseanteils 

eingefügt werden, so daß 

natives heterologes Protein in das Medium 

ausgeschleust werden kann. (Abb. 1) 

In Aspergillus niger sind inzwischen auch 

pharmazeutisch relevante Moleküle hergestellt 

worden. Der Tissue Plasminogen 

Activator t-PA wurde mit Ausbeuten von 

12 bis 25 mg/l produziert, humanes Interleukin-6 

mit bis zu 5mg/l 31 . Verschiedene 


R E P O R T 


rekombinante Antikörperfragmente sind produziert, eine effiziente 

IgG-Expression von bis zu 900 mg/l ist in Aspergillus niger ist gezeigt 

worden 32 . 

Insektenzellen 

Die Proteinproduktion in Insektenzellen findet vor allem in Forschung 

und Entwicklung immer weitere Verbreitung. Insektenzell-spezifische 

Viren aus der Familie der Baculoviren werden als Vektoren verwendet. 

Zwar wurde gezeigt, daß die Viren unter bestimmten Umständen 

in vitro auch in Zellinien aus Säugetieren eindringen können. Dort 

können sie aber keine Gene exprimieren, weshalb keine besonderen 

Sicherheitsmaßnahmen im Umgang mit den Viren im Labor notwendig 

sind 33 . Das gewünschte Gen wird in einen Transfervektor kloniert 

und über ein Rekombinationsereignis in das Virengenom integriert. 

Dafür stehen Anwendungen kommerzieller Anbieter zur Verfügung. 

Mit den rekombinanten Viren werden Zellen der Insektenzellinien 

(Sf-9 und Sf-21 aus Spodoptera frugiperda, High Five aus Trichoplusia 

ni) infiziert. Die starken baculoviralen Promotoren der „sehr späten 

Phase“ (Polyhedrin- oder p10-Promotor) ermöglichen eine Ausbeute 

von 10 mg/l und mehr 34 . Die Expression läuft für etwa 96 Stunden, 

danach lysieren die Insektenzellen. Zu optimierende Parameter für 

eine Expression sind vor allem das eingesetzte Anzahlverhältnis von 

Viren zu Zellen und die Expressionsdauer. 

Die vergleichsweise hohe Produktausbeute ist eine der großen Stärken 

des Systems. Die Proteinfaltung ist verläßlich, Sekretion in das Medium 

möglich. Die eukaryotische Expressionsmaschinerie liefert Proteine, die 

im Muster der posttranslationalen Modifikationen stark den Säuger- 

Produkten ähneln. Das Glykosylierungsmuster erreicht allerdings nicht 

die Komplexität des Mammalia-Systems 35 . Durch virale Proteasen und 

die Lyse der Produktionszellen ist häufig die Verwendung von Protease- 

Inhibitoren erforderlich. Die starke Beanspruchung des Insektenzell- 

Metabolismus durch die viralen Promotoren kann zu einer Mischung 

von posttranslational unterschiedlich stark modifizierten Produkten 

führen 36 . Es werden aber Zellinien und Virenstämme entwickelt, die zum 

Beispiel für Proteasen defizient sind oder Gene für Glycosyltransferasen 

tragen, die das Glykosylierungsmuster dem der Mammalia-Expression 

angleichen 37-38 . Das System unterliegt also einer ständigen Weiterentwicklung 

und Anpassung an die Bedürfnisse der Nutzer. 

Säugerzellen 

Trotz hoher Produktionskosten stammen derzeit 60 bis 70% aller rekombinanten 

Proteinpharmazeutika aus der Säugerzellproduktion 39 . 

Hauptgrund für diesen hohen Anteil sind die posttranslationalen 

Modifikationen der rekombinanten Proteine, die in den verwendeten 

Zellinien weitgehend denen des Menschen entsprechen. Zur Erzeugung 

stabiler Transfektanten kommen meist die Zellinien CHO, BHK, 

NS-0 oder Per.C6 TM zum Einsatz, wobei Per.C6 TM -Zellen aufgrund ihres 

humanen Ursprungs das am wenigsten immunogene Glykosylierungsmuster 

aufweisen 40 . Bei vielen therapeutischen Proteinen ist ein 

säugerzelltypisches Glykosylierungsmuster zudem unabdingbar für 

deren pharmazeutische Funktion, wie zum Beispiel die Vermittlung 

immunologischer Effektorfunktionen durch rekombinante Antikörper. 

Durch Coexpression von GnTIII (Acetylglucosaminyltransferase 

III) in CHO-Zellen kann darüber hinaus ein Antikörper-Glykosylierungsmuster 

mit erhöhter Effizienz bei der Induktion zellvermittelter 

Zytotoxizität erzeugt werden 41 . 

Der Transfer der heterologen Expressionskassette in das Genom 

der Wirtszelle zur Erzeugung stabil transfizierter Zellklone für 


Jahrestagung der Arbeitsgemeinschaft 

für Gendiagnostik e.V. 

AGD 2005 

Gendiagnostik im Alltag 

vom 14.-15. Oktober 

in Berlin-Dahlem 

Harnack-Haus der MPG 

Beginn: Fr. 12.00 Uhr 

Ende: Sa. 16.00 Uhr 

www.agdev.de 


R E P O R T 

Abb. 2: Produktion eines IgG-Antikörpers in A. niger. Der Antikörper wird als Glukoamylase-Fusionsprotein exprimiert. Der Glukoamylase-Anteil 

wird während der Prozessierung im Golgi-Apparat proteolytisch entfernt, so daß nativer Antikörper entsteht. 

Produktionsprozesse kann prinzipiell auf 

dreierlei Arten erfolgen: zufällige Integration, 

gerichtete Integration durch homologe 

Rekombination oder gerichtete Integration 

durch heterologe Rekombinationsenzyme 

und deren Erkennungssequenzen (Cre, 

FLP). Da die homologe Rekombination in 

Säugerzellen – anders als in Hefen – ein 

sehr seltenes Ereignis darstellt, finden Cre- 

oder FLP-Rekombinase-basierte Systeme 

vermehrt Anwendung (Invitrogen FLIPin 43 ). 

Vorteilhaft bei Strategien, die auf gerichteter 

Integration beruhen, ist vor allem die 

Möglichkeit, Einfluß auf die genomische 

Integrationsstelle und die Kopienzahl des 

Transgens zu nehmen – beide Faktoren beeinflussen 

maßgeblich die Produktionsrate und 

die Stabilität der Expressionsklone. Die Art 

der verwendeten genetischen Elemente des 

Expressionsvektors scheint eine untergeordnete 

Rolle zu spielen. In der Regel kommen 

starke virale (z.B. CMVie) oder zelluläre 

(z.B. EF1a) Promotoren zum Einsatz. Es hat 

sich gezeigt, daß eine effiziente Translation 

in Säugerzellen vom „splicing“ der mRNA 

abhängt, weshalb die verwendeten Expressionskassetten 

meist mindestens ein Intron 

enthalten 44 . Des weiteren kann in Einzelfällen 

durch Optimierung des „codon-usage“ des 

zu exprimierenden Gens eine Steigerung der 

Produktionsrate erzielt werden 45 . 

Seit 1986 t-PA (Tissue Plasminogen Activator, 

Genentech) als erstes pharmazeutisches 

Protein in CHO-Zellen produziert wurde, haben 

sich die Ausbeuten rasant erhöht. Waren 

es 1986 noch 50 mg/L, so sind es heute bis zu 

4,7 g/L (rekombinanter Antikörper, Lonza) 39 . 

Der Hauptanteil der Ertragssteigerungen 

ist auf eine verbesserte Prozeßtechnik und 

damit verbundene höhere Zelldichten (bis 

zu 10 Mio. Zellen/L) während der Fermentation 

sowie längere Fermentationsdauer 

zurückzuführen 39 . Die spezifischen Produktionsraten 

pro Zelle haben sich im gleichen 

Zeitraum weniger deutlich erhöht (von 10 

auf 90 pg/Zelle/Tag). Die Steigerung der 

spezifischen Produktionsraten beruht unter 

anderem auf zunehmender Automatisierung 

und hohem Durchsatz bei Selektion und 

Identifikation hochexprimierender stabil 

transfizierter Zellklone. 

Im Bereich der Säugerzellproduktion 

für Forschungszwecke kommen vermehrt 

transiente Expressionssysteme zum Einsatz, 

um die zeitaufwendige Selektion von 

Einzelklonen zu umgehen. Hier haben sich 

insbesondere Derivate der HEK293-Zellinie 

(HEK293T und HEK293-EBNA) bewährt, 

welche zur episomalen Replikation geeigneter 

Plasmidvektoren fähig sind. Bei 

Transfektionen in größerem Maßstab (bis zu 

20 l) liegen die erzielten Produktionsraten 

bei etwa 10mg/l 46 . 

Transgene Pflanzen 

Bei einem steigendem Bedarf an pharmazeutisch 

relevanten Proteinen bietet die 

Produktion von rekombinanten Proteinen 

in Pflanzen eine Alternative zur Produktion 

in tierischer Zellkultur. Im Vergleich zu in 

Hybridomzellen produzierten IgA-Antikörpern 

betragen die kalkulierten Kosten für die 

Produktion von Antikörpern, abhängig vom 

Expressionsniveau und der Anbaufläche, 

nur 1% bis 10%, wobei hiervon der größte 

Kostenanteil auf die Aufreinigung des rekombinanten 

Proteins entfällt 47 . 

Die Generierung der transgenen Pflanzen 

erfolgt durch Transformation mit Agrobacterium 

tumefaciens. Das gene of interest wird 

hierfür in ein Ti-Plasmid wie etwa pGreen 

oder pBIN19 zwischen left und right border 

– zwei 25 Bp-langen non perfect repeats 

– hinter einem Promotor wie CaMV35S 

kloniert. Die in E. coli klonierten Plasmide 

werden in Agrobakterien übertragen, um 

hauptsächlich dikotyle Pflanzen, meist 

Tabak oder Mais, zu transformieren. Die 

Integration erfolgt mittels nicht-homologer 

Rekombination in das Pflanzengenom. Die 

transformierten Zellen werden über eine 

Resistenz – meist gegen Basta oder Hygromycin 

– selektiert und komplette Pflanzen 

regeneriert 48 . Eine häufig bei Monokotyledonen 

eingesetzte Methode ist die Transformation 

mittels Particle Gun 49 . 

Tabak- und Mais-Pflanzen werden für die 

Expression sehr unterschiedlicher Proteine 

genutzt. Das Spektrum umfaßt Aprotinin, 

Hepatitis-B-Vakzin und Trypsin (ProdiGene), 

Liposomal Acid Lipase und Papillomavirus- 

Vakzine (Large Scale Biology Corp.) sowie 

Kollagen, Lactoferrin und IgA-Antikörper 

(Meristem Therapeutics). Weiterhin werden 

Kartoffeln, Raps, Lein- und Erbsensamen für 

die Produktion von Antikörpern eingesetzt 

(Novoplant), während die Firma Biolex 

unter anderem Antikörper und Interferonalpha 

in Wasserlinsen produziert. Eine Alternative 

zur Integration des gene of interest in 

das Pflanzengenom ist die Integration in das 

Chloroplastengenom (u.a. Chlorogen). Dies 

bringt einige Vorteile – zum Beispiel können 

aufgrund der Genkopienzahl eine erhöhte 

Expressionsrate erreicht werden und eine 

Auskreuzung der transgenen Pflanzen über 

Pollenflug verhindert werden 50 . Pflanzen 

versorgen den Menschen seit Jahrtausenden 

mit pharmazeutisch relevanten Substanzen 

und sind somit ein sicheres und bewährtes 

Produktionssystem. 

30 | 6. Jahrgang | Nr. 5/2005 LABORWELT 

Fazit 

Neben den in Produktionsprozessen bisher 

dominanten Systemen E. coli und Säugerzellen 

haben sich in der Forschung insbesondere 

P. pastoris und Insektenzellen etabliert. P. 

pastoris bietet aufgrund kurzer Generationszeiten, 

enorm hoher Produktionsraten und 

einfacher Erzeugung stabiler Transformanten 

sehr viel Potential für Produktionsprozesse. 

Bestimmte komplexere, multimere Proteine 

wie etwa IgG-Antikörper konnten bisher 

allerdings nicht funktionell in P. pastoris 

produziert werden. Insektenzellen dagegen 

sind in der Lage, auch solche Proteine funktionell 

zu exprimieren. Mit Hilfe transgener 

Zellinien kann sogar ein humanes Glykosylierungsmuster 

erzeugt werden. Entwicklungs-

edarf besteht hier vor allem im Bereich der 

Prozeßtechnik und der Erzeugung stabiler 

Linien, da bisher weitgehend nur transiente 

Expressionen Anwendung finden. Grampositive 

Bakterien und filamentöse Pilze sind 

aufgrund ihrer leistungsfähigen Sekretionsapparate 

prädestiniert für Produktionsprozesse 

und sind als Produktionsorganismen 

teilweise schon in der Nahrungsmittelindustrie 

etabliert. Die Nutzung zur heterologen 

Expression rekombinanter Biopharmazeutika 

befindet sich aber noch im Entwicklungsstadium. 

Transgene Pflanzen stellen vor allem 

im Hinblick auf die Produktionskosten eine 

interessante Alternative dar. Es gilt aber zu 

bedenken, daß die Aufarbeitung des Produktes 

aus pflanzlicher Rohmasse gegebenenfalls 

aufwendiger und kostenintensiver als bei 

Biofermentationen ist. Des weiteren ist der 

Anbau transgener Pflanzen in Deutschland 

politisch umstritten. 

Auch die etablierten E. coli- und Säugerzellsysteme 

beinhalten weiteres Entwicklungspotential. 

Im Falle von E. coli liegt dieses vor 

allem in verbesserten Faltungs- und Sekretionseigenschaften 

genetisch modifizierter 

Stämme, um das Repertoire an Proteinen zu 

erweitern, die funktionell in E. coli exprimiert 

werden können. Im Bereich der Säugerzellproduktion 

bieten Rekombinationssysteme 

die Möglichkeit, definierte genomische 

Integrationsstellen zu verwenden, wodurch 

Dauer, Aufwand und Kosten der Erzeugung 

stabiler Linien reduziert werden. Bei Proteinen, 

die komplexe posttranslationelle Modifikationen 

für ihre Funktion benötigen, sind 

Säugerzellen nach wie vor die erste Wahl und 

bei den Zelldichten, die im Fermentationsprozeß 

erzielt werden, sind weitere Steigerungen 

zu erwarten. 

Trotz großer Fortschritte in der biotechnologischen 

Herstellung rekombinanter Proteine, 

ist die Produktion von Biopharmazeutika 

nach wie vor signifikant teurer als die von 

chemischen Wirkstoffen. Dies wird zwar teilweise 

durch niedrigere Entwicklungskosten 

kompensiert, schlägt sich aber dennoch in 

höheren Marktpreisen für die Biopharmazeutika 

nieder. In Anbetracht der großen Zahl 

an therapeutischen Proteinen in klinischer 

Entwicklung besteht dringender Bedarf an 

einer weiteren Kostenreduzierung und Kapazitätserhöhung 

für die Produktion solcher 

Wirkstoffe, um eine breite Anwendung weiterer 

Therapien für die Gesundheitssysteme 

tragbar zu machen. 

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Dr. Thomas Jostock 

Institut für Biochemie und Biotechnologie 

Technische Universität Braunschweig 

Spielmannstr. 7 , D-38106 Braunschweig 

Tel.: +49 531 391-5738 

eMail: t.jostock@tu-bs.de 



Glycomics 

� 

Glykane – vielversprechende 

Strukturen für Biomedizin 

und Biotechnologie 

Prof. Dr. Werner Reutter, Prof. Dr. Rudolf Tauber, Dr. Gesche Harms, Berlin 

Glykane – komplexe Verbindungen aus Oligosacchariden – sind die in der Natur häufigsten 

biologischen Substanzen und zeichnen sich durch eine große strukturelle Vielfalt aus. Sie bilden 

eine hochdiverse, komplexe Klasse von Biomolekülen, die ubiquitär in allen Organismen 

vorkommen und neben der DNA, den Aminosäuren und den Lipiden essentiell als Träger 

biologischer Information und Funktion sind. Als Intermediate stehen Glykane für den Energiestoffwechsel 

zur Verfügung. Sie dienen der Strukturgebung sowie der Informationsaufnahme 

und -umwandlung. Als Bestandteile von Glykolipiden und Glykoproteinen der Zelloberfläche, 

der Bindegewebsmatrix und der Körperflüssigkeiten des menschlichen Organismus bilden 

Glykane wichtige Komponenten zellulärer Erkennungsepitope und nehmen eine zentrale Rolle 

bei der Vermittlung der meisten Zellerkennungsphänomene ein 1 . Im Zusammenwirken mit 

zuckerspezifischen Rezeptoren, den Lektinen, vermitteln Glykane Zell-Zell-Interaktionen und 

die Bindung von Zellen an die extrazelluläre Bindegewebsmatrix von Geweben 2 . Sie steuern 

die Wanderung von Zellen im Organismus während der Embryonalentwicklung, bei Reparaturprozessen 

und bei der Immunantwort, sind an der Regulation der biologischen Stabilität 

von Proteinen in Zellen und Körperflüssigkeiten beteiligt und dienen als Sortierungssignale 

beim intrazellulären Transport von Proteinen und bei der Bildung von Zellorganellen. Diese 

vielfältigen Funktionen sind in der Strukturdiversität von Glykanen begründet, die wiederum auf 

der Vielfalt der Verknüpfungsmöglichkeiten der einzelnen Monosaccharide beruht. Angesichts 

dieser wichtigen biologischen Funktionen von Glykanen ist es nur zu verständlich, daß diese 

große Bedeutung bei der Entstehung und dem Verlauf von Krankheiten haben. 

Monosaccharide bilden mit ihrer ringförmigen 

Struktur die Grundeinheit der 

Glykane. Jedes Monosaccharid besitzt bis 

zu vier Hydroxylgruppen, über die eine 

Bindung weiterer Monosaccharide erfolgen 

kann. Daraus resultiert, daß lineare und 

verzweigte Glykanstrukturen möglich sind. 


Jede Bindung zweier Monosaccharide kann 

entweder oberhalb oder unterhalb der Ringebene 

(α- oder β-glykosidisch) geknüpft 

werden (Anomerie) (Abb. 1). Die Vielfalt der 

Verknüpfungsmöglichkeiten der einzelnen 

Monosaccharide untereinander bedingt 

die außerordentliche Strukturdiversität der 

Abb. 2: An Glykoproteine und Glykolipide der Zelloberfläche gebundene Polysaccharidketten 

bilden die als erstes von außen erreichbaren Strukturen einer Zelle. 

Glykane. Diese strukturelle Vielfalt wird 

dadurch erweitert, daß die Glykosidbindung 

im Gegensatz zur starren Peptidbindung 

beweglich ist. Damit sind Glykanstrukturen 

Träger eines Codes, dessen Speicherkapazität 

Abb. 1: Monosaccharide sind über α- und 

β-glykosidische Bindungen miteinander 

verknüpft und bilden lineare oder verzweigte 

Polysaccharidketten. 

aufgrund der großen Strukturvielfalt den von 

Nukleinsäuren und Proteinen bei weitem 

übersteigt. 

Formen von Glykokonjugaten 

Glykane bilden komplexe homo- oder 

heteropolymere Strukturen. Vertreter der 

Homopolymere sind das Glykogen und die 

Stärke als tierische beziehungsweise pflanzliche 

Kohlenhydratspeicherform, bestehend 

aus β-verknüpften D-Glukoseeinheiten. Eine 

interessante Gruppe für biotechnologische 

Anwendungen bilden die Polysialinsäuren. 

Sie bestehen aus Poly-α2,8-N-Acetylneuraminsäure. 

Polysialinsäuren besitzen die 

Tendenz zur Selbstaggregation, weshalb 

sie als potentieller Biowerkstoff interessant 

werden könnten. Heteropolymere Glykane 

sind als Bestandteil von Glykoproteinen und 

Glykolipiden (Abb. 2) von essentieller Bedeutung 

für deren Funktionalität (Bioaktivität) 

und Stabilität (Bioverfügbarkeit), indem sie 

spezifische physikalische, biochemische und 

biologische Eigenschaften dieser Glykokonjugate 

bedingen. 

In Glykoproteinen werden nach der Art 

der Verknüpfung mit dem Polypeptid zwei 

Hauptgruppen von Glykanen unterschieden, 

die N-glykosidisch mit Asparaginresten des 

Polypeptids (Konsensussequenz Asn-X-Ser/ 

Thr/Cys) verknüpften N-Glykane und die Oglykosidisch 

mit Serin- oder Threoninresten 

des Polypeptids verknüpften O-Glykane 

(Abb. 3). Beide Typen können einzeln oder 

zusammen in einem Glykoprotein vorkommen. 

Sondergruppen der Glykoproteine bilden 

die dicht mit O-Glykanen besetzten Mucine, 

die als Schutzschicht Röhrensysteme des 

Körpers auskleiden, wie den Gastrointestinaltrakt, 

die Bronchien, die Drüsenausführungs- 


gänge und den Urogenitaltrakt, sowie die 

Proteoglykane, an die Glykosaminoglykane 

gebunden sind. 

Prominente Vertreter der Glykolipide sind 

die aus Glycosyl-Ceramiden aufgebauten 

Glykosphingolipide. Durch die zusätzliche 

Anheftung von ein bis vier N-Acetylneuraminsäuren 

entstehen die Ganglioside. 

Ganglioside kommen hauptsächlich in der 

Plasmamembran vor und haben Rezeptorfunktionen. 

Ihre weitaus höchste Konzentration 

erreichen sie im Gehirn, insbesondere in 

den Synapsen. Dies läßt auf ihre Beteiligung 

an spezifischen Funktionen des ZNS (z.B. 

neuronale Plastizität, Gedächtnisbildung) 

schließen. Glykolipide sind auch bei der 

kovalenten Anbindung von Glykoproteinen 

an die Plasmamembran, bei der Bildung der 

sogenannten GPI (Glykosylphosphtidyl-Inositol)-verankerten 

Membranglykoproteine, 

essentiell beteiligt. 

Glykanstrukturen im 

zellphysiologischen Kontext 

Die Biosynthese der Glykane unterscheidet 

sich prinzipiell von der der Nukleinsäuren 

und Proteine dadurch, daß die Reihenfolge 

der Monosaccharide nicht direkt in der Basensequenz 

der DNA festgelegt ist, sondern indirekt 

durch das Genom über die Expression 

bestimmter oft organ- und gewebespezifischer 

Glykosylierungsenzyme sowie äußerer Faktoren 

(Ionen, Salz, Temperatur, Konzentration 

an Nukleotidzuckern usw.) bestimmt wird. 

In Abhängigkeit der spezifischen Aktivität 

und Lokalisation der Enzyme – insbesondere 


von Glykosyltransferasen – werden Glykane 

Schritt für Schritt aus Nukleotidzuckern und 

phosphorylierten Isoprenabkömmlingen 

aufgebaut. Obwohl die gleichen Glykosylierungswerkzeuge 

jedem Protein zur Verfügung 

stehen, das über einen bestimmten 

Synthesepfad gebildet wird, können sich 

die Glykanstrukturen an einer bestimmten 

Glykosylierungsstelle unterscheiden. Das 

Glykosylierungsmuster ist dabei ein sehr 

empfindlicher molekularer Marker für Veränderungen 

in den Zellen und kann im Zusammenwirken 

mit seinen Bindungspartnern, den 

Lektinen, als spezifische und fein justierbare 

Regulationseinheit dienen. So ändert sich das 

Repertoire an Glykanstrukturen in charakteristischer 

Weise während der embryonalen 

Entwicklung und Differenzierung oder auch 

während der Lernvorgänge im Gehirn. Damit 

können Glykanstrukturen als Biomarker für 

bestimmte Zellzustände fungieren, unter 

pathologischen Bedingungen auch als diagnostische 

Marker. Daneben sind Veränderungen 

der Struktur und des Stoffwechsels von 

Glykanen zudem häufig auch bei der Entstehung 

von Krankheiten bedeutsam, so bei 

Stoffwechselerkrankungen, immunologischen 

Erkrankungen, Infektionen und der Grad der 

Malignität von Krebszellen. Das Verständnis 

der glykobiologischen Grundlagen und der 

beteiligten Struktur-Funktionsbeziehungen 

bildet damit einen vielversprechenden Ansatz 

für die Entwicklung neuer Therapeutika und 

diagnostischer Verfahren 3 . 

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Hierbei kann auch auf den Erkenntnissen aus 

der Genom- und Proteomforschung aufgebaut 

werden. Die Glycomics als folgerichtiger 

Baustein im Verständnis komplexer biomedizinischer 

Prozesse befinden sich derzeit in 

einer rasanten Entwicklung. 

Glykane bei Entzündungen, 

Infektionserkrankungen und Krebs 

Von herausragender Bedeutung ist die Rolle 

von Glykanen der Zelloberfläche bei allen 

Formen der Entzündungsreaktion, so bei 

akuten bakteriellen und viralen Entzündungen, 

nach Verletzungen und nach thermischer 

Gewebeschädigung. Hier steuern Glykane 

von Glykoproteinen der Leukozyten und 

der Gefäßwand im Zusammenwirken mit 

spezifischen Rezeptoren, den Selektinen, 

die auf der Oberfläche von Gefäßendothelzellen 

und von Leukozyten exprimiert 

werden, das Auswandern der Leukozyten 

aus der Blutbahn in entzündete Gewebe. 

Neben den erwünschten Wirkungen bei 

der Immunabwehr kann die durch Glykane 

und Selektine gesteuerte Rekrutierung von 

Leukozyten auch pathologische Bedeutung 

haben, so bei Ischämie-Reperfusionsprozessen 

im Rahmen des Myokardinfarkts, bei 

der Atherosklerose, bei Autoimmunerkrankungen 

oder der Transplantatabstoßung 

nach Organtransplantation. Glykane der 

Zelloberfläche sind weiterhin an der Entstehung 

von Infektionskrankheiten beteiligt, 

indem sie als „Andockstelle“ für Viren (z.B. 

Influenzavirus), Bakterien (z.B. Escherichia 

coli, Helicobacter pylori), Protozoen und Nematoden 

dienen können. Über diesen Mechanismus 

beeinflussen die genetisch über 

das Repertoire an Glykosylierungsenzymen 

determinierten Glykanstrukturen des Wirts 

die Empfänglichkeit der Wirtsspezies und 

die Disposition des Einzelindividuums gegenüber 

pathogenen Mikroorganismen. 


Erst teilweise verstanden sind die Entstehung 

und die klinische Bedeutung tumorassoziierter 

Strukturveränderungen der Glykane 

von Glykoproteinen und Glykolipiden, 

die bei allen bislang untersuchten bösartigen 

Tumoren – sowohl experimentell induzierten 

wie klinisch vorkommenden – nachgewiesen 

wurden. Dabei sind zumindest einzelne der 

beobachteten Glykosylierungsveränderungen 

wahrscheinlich essentieller Teil der Tumorinitiierung 

und -progression. Darauf weisen 

genomische Untersuchungen der an der 

Glykanbiosynthese beteiligten Glykosidasen 

und Glycosyltransferasen hin. Klinische Studien 

zeigen, daß das Auftreten bestimmter 

tumorassoziierter Glykanstrukturen mit einer 

schlechten Prognose korreliert. Ursache einer 

schlechteren Prognose könnte eine Beteiligung 

tumorassoziierter Glykane am invasiven und 

metastasierenden Wachstum von Malignomen 

sein, was Untersuchungen experimenteller 

Karzinomzellinien und klinische Studien 

nahelegen. Eine besondere Bedeutung kommt 

hier möglicherweise Kohlenhydratantigenen 

vom Lewis-Typ zu, die – auf der Oberfläche 

von Karzinomzellen präsentiert – im Blutstrom 

mit Rezeptoren des Gefäßendothels, von 

Thrombozyten und Leukozyten interagieren 

können. Weiterhin konnte gezeigt werden, 

daß bestimmte tumorassoziiert gebildete Glykanantigene 

die Zytotoxizität von NK-Zellen 

für Tumorzellen unterdrücken. Auch haben 

bestimmte tumorassoziiert gebildete Glykanantigene 

wie das „Carbohydrate Antigen“ 

CA 19-9 als Tumormarker für die Verlaufskontrolle 

von Patienten in der Tumormedizin 

große klinische Bedeutung. 

Glykane bei genetisch determinierten 

und erworbenen Krankheiten 

Dank der zunehmend besseren analytischen 

Möglichkeiten zur Strukturaufklärung von 

Glykanen konnten in jüngerer Zeit zahlreiche 

Störungen der Struktur und des Stoffwechsels 

von Glykanen nachgewiesen werden. Genetische 

Defekte der Glykosylierung sind selten, 

jedoch in der Regel mit schwerwiegenden klinischen 

Störungen verbunden. Hierzu zählen 

unter anderem bestimmte Formen lysosomaler 

Speicherkrankheiten, etwa das Carbohydratedeficient-glycoprotein-Syndrome 

(CDG) und 

die Leukozytenadhäsionsdefizienz II. Sekundäre 

erworbene Aberrationen der Glykane 

von Glykoproteinen und Glykolipiden, deren 

klinische Bedeutung erst teilweise verstanden 

wird, wurden dagegen bei häufig auftretenden 

Krankheiten nachgewiesen, so bei rheumatoider 

Arthritis, bei akuten und chronischen Entzündungen 

sowie bei Alkoholabusus (Tab. 1). 

Das bei chronischem Alkoholabusus gebildete 

Carbohydrate-deficient-transferrin dient als 

sensitiver diagnostischer Laborparameter. 

Das Verständnis der klinischen Bedeutung 

von Glykanen bildet die Grundlage für einen 

zunehmenden Einsatz veränderter Glykanepitope 

in der klinischen Diagnostik, insbesondere 

in der Tumormedizin und für die 

Entwicklung neuer antiinflammatorischer und 

antiinfektiöser Therapeutika und Impfstoffe. 

Auch im Lebensmittel-Bereich entwickeln 

sich glykobiotechnologische Anwendungen. 

Beispielsweise bilden Glykane hier eine Klasse 

aussichtsreicher Lebensmittelzusatzstoffe im 

Bereich des Functional Food, da sie bei der 

Anheftung und Abwehr von Krankheitserregern 

im menschlichen Verdauungstrakt 

eine wichtige Rolle spielen. Dies kann zur 

Gesundheitsvorsorge, wie derzeit bereits in 

prebiotischen Erzeugnissen realisiert, sowie 

zur zukünftigen Therapie von Magen- und 

Darmerkrankungen genutzt werden. 

Glykoengineering 

Abb. 4: Biosynthese von sialylierten 

(= Neuraminsäure-haltigen) 

Glykokonjugaten 

In der Arbeitsgruppe Reutter wird seit langem 

über die Biosynthese und biologische 

Bedeutung der N-Acetylneuraminsäure (= 


NANA) gearbeitet. Es gelang ein bemerkenswerter 

Befund. Der natürliche Vorläufer von 

NANA ist N-Acetylmannosamin. Wird dieser 

ersetzt durch N-Propionylmannosamin (dessen 

N-Acylseitenkette um eine -CH 2 -Gruppe 

verlängert wurde), so wird aus diesem neuen, 

unphysiologischen Vorläufer die zugehörige 

ebenfalls neue N-Propionylneuraminsäure 

gebildet und nach ihrer Aktivierung zellspezifisch 

in Glykoproteine eingebaut (Abb. 4). 

Offenbar akzeptieren die Biosyntheseenzyme 

der Neuraminsäure Veränderungen in 

der N-Acylseitenkette 5 . Ähnliche Befunde 

ergaben sich mit homologen Verbindungen 

wie N-Butanoyl-, N-Pentanoyl- und N-Hexanoyl-mannosamin 

oder – vor kurzem – 

N-Levulinoyl-und N-Azido-mannosamin, 

wie von der Arbeitsgruppe von Carolyn Bertozzi 

in Berkeley gezeigt, die dieses neuartige 

Vorgehen übernommen hat („Biochemical 

Engineering“ der N-Acylseitenkette der 

NANA). Überraschende Ergebnisse erbrachten 

zudem anschließende Untersuchungen 

der AG Reutter nach Gabe von N-Propionylmannosamin. 

Durch diese relativ kleine Veränderung 

der N-Acylseitenkette wurde die 

zelluläre Aufnahme von Influenza A-Viren 

zu mehr als 95% gehemmt, die Aktivität von 

menschlichen T-Lymphozyten verdreifacht, 

das Wachstum von Neuriten (Abb. 5) 6 und 

die Expression von Sialyl-Lewis X erheblich 

gesteigert. Diese Befunde können die Grundlage 

der Entwicklung neuartiger Therapeutika 

bilden. Vielversprechend ist, daß diese 

Analoga im Tierversuch keine toxischen 

Wirkungen zeigten. Mit den sekundär reaktiven 

Analoga aus der Gruppe von Bertozzi 

werden Zellen markiert, wodurch sich neue 

diagnostische und zusätzlich therapeutische 

Möglichkeiten ergeben können. 

Glykosylierung von Biopharmazeutika 

Die Glykosylierung spielt auch bei therapeutisch 

einzusetzenden rekombinant hergestellten 

Proteinen (Biopharmazeutika)4 

eine wichtige Rolle. Sie ist von wesentlicher 

Bedeutung für die Bioverfügbarkeit, die 

therapeutische Aktivität, die Stabilität und 

die Immunogenität vieler Biopharmazeutika. 

Aufgrund der bislang noch begrenzten 

technologischen Möglichkeiten wird die 

Glykosylierung bisher erst in Ansätzen als 

Parameter für die Optimierung pharmazeutischer 

rekombinanter Glykoproteine genutzt. 

Als zunehmend wichtiges Kriterium bei der 

Arzneimittelzulassung ist die Glykosylierung 

von Biopharmazeutika schon gegenwärtig 

für die biotechnologische Herstellung 

sehr bedeutsam. 

Glykobiologie in Deutschland 

Pioniere der organischen Chemie, wie die 

jeweils mit dem Nobelpreis ausgezeichneten 

Wissenschaftler Emil Fischer und Richard 


Kuhn sowie deren Schüler, gehören zu den 

Begründern der Kohlenhydratforschung. 

Diese entwickelte sich in den sechziger Jahren 

mit wegweisenden Arbeiten in der Kohlenhydratchemie 

und der glykobiologischen 

Grundlagenforschung von Deutschland aus 

erheblich weiter und hat in den vergangenen 

zehn Jahren nach einer Vielzahl neuer 

technologischer Entwicklungen – etwa dem 

Einsatz der Massenspektrometrie und der 

Kernmagnetresonanzspektroskopie in der 

Glykananalytik und neuen Verfahren zur 

Glykansynthese und zum Glykoengineering 

– einen rasanten Verlauf genommen. 

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft 

hat diese Entwicklung durch Sonderforschungsbereiche, 

Forschergruppen und die 

Förderung von Einzelvorhaben maßgeblich 

mit ermöglicht. Ein Verzeichnis glykobiologisch 

und glykobiotechnologisch arbeitender 

Forschungsgruppen (www.glyconet.de) gibt 

einen ersten unvollständigen Überblick, in 

den sich interessierte Arbeitsgruppen aufnehmen 

lassen können. 

Der Glykobiologie wird ein enormes 

Potential für innovative Entwicklungen 

vor allem in der „roten“ Biotechnologie 

zugeschrieben. Die „Technology Reviews“ 

des Massachusetts Institute of Technology 7 

listen sie als eine der zehn bedeutendsten 

Zukunftstechnologien. 

Die zunehmende Anwendungsorientierung 

der Glykobiologie führt zu einem 

breiten Spektrum neuer wirtschaftlich vielversprechender 

Ansatzpunkte für neuartige 

Produkte, Dienstleistungen und Plattformtechnologien 

– insbesondere aus der Glykobiotechnologie 

und der glykanbasierten 

Biomedizin sowie aus den Ernährungs- und 

Umweltwissenschaften heraus. 

Tab. 1: Klinische Bedeutung von Glykanen 

Art der Erkrankung 

Infektionen 

(Viren, Bakterien, Protozoen, Nematoden) 

Malignome 

Lysosomale Speicherkrankheiten 

(Mucolipidosis II und III) 

Leukozytenadhäsionsdefizienz II 

Carbohydrate-deficient-glycoprotein 

Syndrome 

Inclusion Body Disease (Fucosylierungsdefekt) 

Heriditary Inclusion Body Myopathy (HIBM) 

Kongenitale dyserythropoetische Anämie Typ 

II (HEMPAS) 

Alkoholabusus 

Bereits in den neunziger Jahren hat das Bundesministerium 

für Bildung und Forschung 

diese Potentiale zukunftsweisend erkannt 

und mit einer ersten Schwerpunktsetzung 

die wirtschaftsnahe Umsetzung in Deutschland 

eingeleitet. Um das aus der Stärke und 

Vielfalt der glykobiologischen Forschung 

erwachsende Potential für Wissenschaft und 

Unternehmen besser zugänglich zu machen, 

die interdisziplinäre Kontaktbildung zu 

erleichtern und die Thematik gemeinsam 

voranzutreiben, befindet sich ein Glykan- 

Netzwerk für den deutschsprachigen Raum 

im Aufbau. Die Gründung dieses Glykan- 

Netzwerkes wurde auf dem im Dezember 

2004 vom Bundesministerium für Bildung 

und Forschung geförderten Innovationsforum 

„Glykane – neuartige Basisstrukturen 

in Therapie und Diagnose“ initiiert. Es ist 

offen für Partner aus Hochschulen, außeruniversitären 

Forschungseinrichtungen, 

Unternehmen und Organisationen (www. 

glyconet.de). Mit dem „2nd Glycan Forum 

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Berlin“ am 24. und 25. November 2005 besteht 

auch in diesem Jahr die Möglichkeit 

zur Diskussion aktueller Entwicklungen 

in der Glykobiologie und Glykobiotechnologie. 

Regionales Netzwerk 

Auf regionaler Ebene fördert das Land 

Berlin seit 1999 die Entwicklung der Glykobiotechnologie. 

Dies mündete 2003 in 

die Gründung der vom Zukunftsfonds 

der Technologiestiftung Berlin geförderte 

„Glykostrukturfabrik“ an der Charité-Universitätsmedizin 

Berlin. 

Ziel dieses regional ausgerichteten Netzwerkes 

ist die produktorientierte Entwicklung 

der verschiedensten glykobiologisch 

relevanten Technologien in der Region und 

der Aufbau einer innovativen glykobiotechnologischen 

Prozeßkette. 

Das von den Netzwerkmitgliedern der 

Glykostrukturfabrik getragene Kompetenzprofil 

umfaßt Expertisen in der chemischen, 

biochemischen, biologischen, 

ernährungsrelevanten und medizinischen 

Grundlagenforschung sowie in verschiedensten 

technologischen Bereichen, wie der 

Herstellung rekombinanter Glykoproteine, 

Glykomimetika, Glykananalytik, incl. Mikrochip-Analytik, 

Kohlenhydratsynthese, 

Glykoengineering, mikrobiologische Applikationen, 

in vitro-Funktionstestung und das 

Computer Assisted Drug Design. 

Die Forschung- und Entwicklungsarbeiten 

beziehen sich zum einen auf die Weiterentwicklung 

und Optimierung bestehender 

Technologien und auf technologische 

Neuentwicklungen. Zum anderen werden 

grundsätzliche Fragestellungen des Glykanmetabolismus, 

der Kohlenhydrat-Rezeptor 

Interaktionen, der gewebespezifischen 

Verteilung von Glykanstrukturen und 

spezifischer Glykosylierungsmuster, der 

Identifizierung glykanbasierter Biomarker 

und ernährungsrelevanter Glykanstrukturen 

mit biomedizinischem Schwerpunkt 

untersucht. 

Die Gründung der Glykostrukturfabrik 

geht auf eine Initiative von Prof. Dr. Werner 

Reutter, Prof. Dr. Rudolf Tauber (Charité – 

Universitätsmedizin Berlin) und Dr. Günter 

Peine (BioTOP Berlin-Brandenburg) zurück. 

Koordinierende Institution ist das Institut 

für Biochemie und Molekularbiologie der 

Charité-Universitätsmedizin Berlin. 

Zu den beteiligten Organisationen zählen: 

– Charité – Universitätsmedizin Berlin 

– Max Delbrück Centrum für Molekulare 

Medizin, Berlin 

– Universität Potsdam 

– Celltrend GmbH, Luckenwalde 

– GALAB Technologies GmbH, Geesthacht 

– GLYCON Biochemicals GmbH, Luckenwalde 

– Glycotope GmbH, Berlin 


– HealthTwist GmbH, Berlin 

– Nemod Biotherapeutics GmbH & Co. KG, 

Berlin 

– Organobalance GmbH, Berlin 

– ProBioGen AG, Berlin 

– Proteome Systems, Sydney 

– Revotar Biopharmaceuticals AG, 

Hennigsdorf 

– RiNA GmbH, Berlin 

– Schering AG, Berlin 

– BioTOP Berlin-Brandenburg, Berlin 

Die als interdisziplinäres Netzwerk konzipierte 

Glykostrukturfabrik fördert Kontakte 

zwischen Wirtschaft und Akademia, kommuniziert 

die Thematik durch Pressearbeit 

und Veranstaltungen nach außen und initiiert 

und begleitet Verbundvorhaben (Projektmanagement). 

Damit soll eine strukturierte, 

ortsnahe Entwicklung und Etablierung 

glykobiologischer Technologien, Dienstleistungen 

und Produkte ermöglicht werden. 

Als Ausgangspunkt hierfür ist ein initiales 

Verbundprojekt finanziell in die Glykostrukturfabrik 

eingebunden. Weitere unabhängig 

finanzierte Projekte sind im Aufbau. 

Um das Potential der Glykobiotechnologie 

zukunftsorientiert umsetzbar zu gestalten, 

ist die Qualifizierung zukünftigen Personals 

ein wichtiger Baustein. Mitglieder der Glykostrukturfabrik 

betreuen daher Praktika, Diplom- 

und Promotionsarbeiten aus den Bereichen 

Biologie/Biochemie, Biotechnologie und 

Medizin; das Projektmanagement co-betreut 

Abb. 5: Biochemisches Glykoengineering 

zur funktionellen Regeneration neuronaler 

Strukturen. Der Aufbau funktioneller Verbindungen 

zwischen Neuronen ist grundlegend 

für ihre korrekte Interaktion im zentralen 

Nervensystem. Neuraminsäure-tragende 

Glykanstrukturen spielen hierbei eine wichtige 

Rolle. Mit biochemischen Glykoengineering 

kann experimentell die Regeneration 

der Verbindungen von Neuriten beschleunigt 

werden. Als Modellsystem diente der „Perforant 

Pathway“ zwischen Entorhinalem Cortex 

(EC) und Gyrus dentatus. In vier Präparationen 

mit je 15 organotypischen Co-Kulturen 

von entorhinalem Cortex und Gyrus dentatus 

auf einem Multielektrodenarray wurde über 

acht Tage die funktionelle Regeneration ohne 

und mit der unphysiologischen Vorläufersubstanz 

N-Propionylmannosamin (ManNProp) 

analysiert. Nach zwei Tagen zeigten 7% der 

Kontroll-Proben und 36% der mit ManNProp 

kultivierten Proben eine Regeneration des 

Perforant Pathways. Eine 100%ige Regeneration 

erreichten die mit ManNProp kultivierten 

Proben nach sieben Tagen, die Kontrollproben 

nach acht Tagen. 

Masterarbeiten in Betriebswirtschaftslehre, 

Wissenschafts-PR und Kulturwissenschaften 

und arbeitet eng mit dem Centrum für Entrepreneurship 

und Innovationen (CEIP) an der 

Universität Potsdam zusammen. 

Literatur 

[1] Special Issue „Carbohydrates and Glycobiology“. Science 291, 2337-2378 

(2001). 

[2] Köttgen, E., Reutter, W., Tauber, R. Endogene Lectine des Menschen und 

ihre Zuckerliganden. Zellbiologische und klinische Bedeutung. Med. Klin. 

98, 717-738 (2003). 

[3] Dube, D. H., Bertozzi, C. R. Glycans in cancer and inflammation – potential 

for therapeutics and diagnostics. Nature Reviews Drug Discovery 4, 477- 

488 (2005). 

[4] Walsh, G. Biopharmaceutical benchmarks-2003. Nature Biotechnology 21, 

865-870 (2003) 

[5] Keppler, O. T., Horstkorte, R., Pawlita, M., Schmidt, C., Reutter, W. Biochemical 

engineering of the N-acyl side chain of sialic acid: biological 

implications. Glycobiology 11, 11-18 (2001) 

[6] Büttner, B., Kannicht, C., Schmidt, C., Loster, K., Reutter, W., Lee, H. Y., 

Nohring, S., Horstkorte, R. Biochemical engineering of cell surface sialic 

acids stimulates axonal growth. J. Neurosci. 22, 8869-8875 (2002) 

[7] Massachusetts Institute of Technology (MIT). 10 Emerging technologies 

that will change the world. Technology Review 2, 33-49 (2003). 

Korrespondenzadressse 

Charité – Universitätsmedizin Berlin 

Dr. Gesche Harms 

Projektmanagement Glykostrukturfabrik 

Arnimallee 22, 

D-14195 Berlin 

Tel.: +49-30-8445-1548, Fax: -1541 

eMail: harms@glykostrukturfabrik.de 

www.glykostrukturfabrik.de 


Funktionelles HTS 

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Hochdurchsatz-Screening 

und Wirkstoffentwicklung 

in Gewebekulturen 

Dr. Peter Röhnert, Dr. Till Mack, Dr. Frank Norbert Gellerich, 

Dr. Frank Striggow, Astrid Hoffmann; KeyNeurotek AG, Magdeburg 

Heute steht nur für etwa ein Drittel aller Krankheiten eine kausale Therapie zur Verfügung. 

Innovative Arzneimittel werden daher dringend gebraucht. Weltweit investieren Pharmafirmen 

und Biotechunternehmen viele Milliarden US-Dollar in die Suche nach geeigneten 

Wirkstoffkandidaten. Die durchschnittlichen Entwicklungskosten pro Medikament werden 

derzeit mit bis zu 800 Mio. US-$ beziffert 1 , die durchschnittliche Entwicklungszeit in der Regel 

mit 12 Jahren veranschlagt. 50% der gesamten Kosten entfallen auf Forschung und Präklinik. 

Von etwa 10.000 untersuchten Verbindungen erreicht sehr wahrscheinlich nur eine Substanz 

die Zulassung als Medikament. Im Zuge des immer härter umkämpften Pharmamarktes 

(Regulierungen im Gesundheitssystem, Konkurrenz durch Generika etc.) besteht für alle 

Unternehmen der Druck, Kosten zu senken. Telomics TM ex vivo Robotics ist eine Möglichkeit, 

die Entwicklungszeit zu verkürzen und die Kosten zu minimieren. 

Durch die enorme Entwicklung der kombinatorischen 

Chemie und des Hochdurchsatzscreenings 

(HTS) können heute 

in kürzester Zeit sehr viele potentielle 

Wirkstoffe identifiziert werden. Da aber die 

Verfahren nur sehr bedingt komplexe Pathologien 

widerspiegeln, gilt es dann mit Hilfe 

biologischer Testsysteme die Kandidaten 

herauszufiltern, die in klinischen Studien 

getestet werden. Eine Möglichkeit zeit- und 

kostengünstig gewebebasiert zu screenen, ist 

die Verwendung von Krankheitsmodellen 

in organotypischen Gewebekulturen. Dies 

sind kultivierte Gewebeschnitte, in denen 

die für das jeweilige Organ repräsentativen 

Zelltypen enthalten sind und die ein 

funktionelles dreidimensionales Netzwerk 

bilden. Organotypische Kulturen kommen 

der Situation im Tiermodell sehr nahe. Um 

organotypische Kulturen für das funktionelle 

Wirkstoffscreening verfügbar zu machen, 

hat die KeyNeurotek AG in Magdeburg eine 

Robotikplattform für das Handling von 

Gewebeschnitten entwickelt. Das TELO- 

MICS TM -System ermöglicht die automatische 

Kultivierung der Schnitte, das flexible 

Durchführen von Behandlungsprotokollen 

zu krankheitsrelevanten Fragestellungen sowie 

die automatisierte Datenerfassung und 

Auswertung. Abbildung 1 zeigt die einzelnen 

Stationen der aus Modulen aufgebauten 

und dadurch flexiblen Robotik. Der gesamte 

Prozeß kann GLP-konform durchgeführt 

und dokumentiert werden. Der Meßdurchsatz 

ist dabei vom Testprotokoll abhängig. 

Beim Schlaganfallmodell mittels Sauerstoff- 

Glukose-Entzug (OGD) können bis zu 5.500 

Schnitte pro Woche untersucht werden (ca. 

150 Substanzen). Das ist ausreichend, um 

fokussierte Substanzbibliotheken oder Hits 

aus dem HTS in kurzer Zeit zu bearbeiten. 

Komplementär zu den ex vivo-Krankheitsmodellen 

runden in vivo-Modelle das 

Angebotsspektrum von KeyNeurotek ab. 

Dazu gehören Modelle zu chronischen neurodegenerativen 

Erkrankungen wie Alzheimer, 

Parkinson und neuronale Entzündung, 

zur ischämischen Neurodegeneration, zur 

Neuroregeneration sowie zu einer Reihe 

nicht-cerebraler Erkrankungen. 

A 

D 

Als typisches Beispiel kann die Untersuchung 

von Ischämie-induzierten Schäden 

in kultivierten Hippocampus-Schnitten aus 

Rattenhirn (OGD) genannt werden 2 . Dieses 

Modell war auch der Ausgangspunkt der Entwicklung 

bei KeyNeurotek. Im vergangenen 

Jahr sind eine Reihe weiterer ex vivo-Modelle 

entwickelt worden, auf die im folgenden Abschnitt 

näher eingegangen werden soll. 

Exzitotoxizität und Neuroinflammation 

Als ein Teilaspekt vieler neurodegenerativer 

Erkrankungen ist die Zellschädigung durch 

exzitatorisch wirkende Neurotransmitter 

anzusehen. Hohe Konzentrationen, etwa 

von Glutamat im synaptischen Spalt, initiieren 

zelluläre Signalkaskaden, die im 

Zelltod der betroffenen Neuronen gipfeln. 

Eine bedeutende Rolle kommt dabei dem 

NMDA-Rezeptor zu, dessen langanhaltende 

Stimulation primär die intrazelluläre 

Ca-Konzentration erhöht. Infolgedessen 

werden Prozesse aktiviert, die nekrotische 

sowie apoptotische Charakteristika aufweisen 

können. Das Verhältnis beider Prozesse 

wird letztlich von der Dauer und Stärke der 

Exposition determiniert. 

Eine transiente Inkubation organotypischer 

hippocampaler Schnittkulturen mit 

NMDA, einem Agonisten des NMDA- 

Rezeptors, resultiert konzentrations- und 

zeitabhängig in einer Schädigung neuronaler 

Zellen, die zum Beispiel mittels Propidiumiodid-Färbung 

quantifizierbar ist. 

Die gleichzeitige Applikation des NMDA- 

Rezeptorantagonisten MK801 verhindert 

den neuronalen Zelltod vollständig. Mit 

diesem Ansatz lassen sich neuroprotektive 

Eigenschaften verschiedener Substanzklassen, 

unter anderem EPO, Cyclosporin und 

Azetylsalizylsäure bestimmen. 

B C 

E F 

Abb. 1: Die zentralen Elemente der TELOMICS ® Robotics-Plattform. A: Präparierstation, in der 

die Gewebeschnitte auf Membraneinsätze plaziert und in das System eingegeben werden. B: Der 

zentrale Roboterarm für den Transport der Multischalen zu den verschiedenen Arbeitsstationen. 

C: Inkubatoren, die unterschiedlich begast werden können. D+E: Pipettierstation, in der Medien 

gewechselt und Lösungen zugegeben werden. F: Imaging-Station mit Fluoreszenzmikroskop für 

die automatische Bilderkennung und -aufnahme 



A B 

Abb. 2: Rekapitulation von Alzheimer-relevanten, komplexen Pathomechanismen in hippokampalen Gewebekulturen ermöglicht effizientere Arzneimittelentwicklung. 

A. Optimierte Transduktion von oranotypischen Schnittkulturen aus dem Hippokampus von Wildtyp-Ratten mit viralen Vektoren. 

Als Kontroll-Transgen wird GFP verwendet, was eine starke Expression des Transgens speziell in CA3-Neuronen sichtbar macht. 

B. Hippokampales Gewebe, das eine humane Tau-Variante exprimiert, entwickelt altersabhängig pathologische Veränderungen, die für Alzheimergehirne 

in frühen Stadien charakteristisch sind. So wird u.a. ein abnormales Phosphorylierungsmuster des Tauproteins, diagnostiziert durch das 

AT8-Epitop, als Vorbote der Verklumpung dieses Proteins, des folgenden Absterbens der betroffenen Zellen und – damit verbunden – kognitiver 

Störungen beziehungsweise Verhaltensänderungen angesehen. 

Alle neurodegenerativen Erkrankungen 

(Neuropathien) resultieren in nekrotischen 

Entzündungsreaktionen (u.a. bei Morbus 

Alzheimer, M. Parkinson, Multiple Sklerose, 

Schlaganfall und Traumata sowie Neoplasien 

und Infektionen), besonders wenn sie durch 

fibrilläre Proteinablagerungen hervorgerufen 

oder begleitet werden. Schießt diese Entzündungsreaktion 

über ihr eigentliches Ziel 

hinaus, lokal die Zelltrümmer der bereits 

untergegangenen Neuronen schnell zu beseitigen, 

werden statt dessen auch benachbarte, 

gesunde Gehirnregionen geschädigt 3 . Da 

entzündliche Prozesse aber auch zur Heilung 

von Schädigungen beitragen, erscheint eine 

selektive Elimination der neurodegenerativen 

(patho)pysiologischen Prozesse als ein 

vielversprechenderes therapeutisches Ziel. 

Durch die Kombination von Zytokinen, die 

auf die Mikroglia wirken und etwa ihre Proliferation 

veranlassen, mit einer entzündungsauslösenden 

Substanz (Lipopolysacharide 

als Inflammogen) kann eine überschießende 

Entzündungsreaktion in organotypischen 

Hirnkulturen ausgelöst werden, die zur Degeneration 

von Hirngewebe und damit zum 

Untergang von Neuronen führt. Damit kann 

die ausufernde Entzündungsreaktion in organotypischen 

Kulturen, die die vollständige 

Komplexität des Hirngewebes beibehalten, 

nah an den vermuteten pathologischen Abläufen 

im Patientengehirn rekapituliert werden. 

Dadurch ermöglicht unser Modellsystem zum 

ersten Mal die gezielte Suche nach Wirkstoffen 

mit entzündungsmodulatorischer Wirkung, 

die bei vielen Neuropathien eine Verbesserung 

der Symptomatik bewirken sollten. 

Mit Hilfe des kombinierten Einsatzes der 

sich ergänzenden Modelle OGD, Exzitoto- 

xizität und Inflammation insbesondere mit 

TELOMICS TM ex vivo Robotics ist es möglich, 

mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit neuartige 

Substanzen mit neuroprotektiven Eigenschaften 

sehr schnell und effektiv zu identifizieren 

und mit diesen Ergebnissen auch die Brücke 

zum in vivo-Bereich zu schlagen. 

Modell für Alzheimer-typische 

Taupathologie 

In diesem ex vivo-Modell wird erstmals eine 

Alzheimer-spezifische Degeneration von pyramidalen 

Nervenzellen im Gehirngewebe des 

Hippokampus für eine Medikamententestung 

außerhalb des Tiermodelles zugänglich. 

Diesen Zellen kommen spezielle Aufgaben 

beim Lernen und Gedächtnisleistungen zu, 

die sehr früh im Verlauf der Alzheimerschen 

Erkrankung verlorengehen 4 . Um insbesondere 

in Neuronen der CA-Region in den hippokampalen 

Schnittkulturen degenerative Prozesse 

auszulösen, werden diese pyramidalen 

Neuronen mit einer Variante des humanen 

Tauproteins transduziert (s. Abb. 2), welche bei 

Patienten familiäre frontotemporale Demenz 

(FTDP-17) auslöst. Eine robuste Expression des 

Tauproteins wird durch eine neue Methodik 

erreicht, die auf der Entwicklung viraler Vektoren 

basiert. Erste Ergebnisse zeigen, daß die 

(Über-)Expression des mutierten Tauproteins 

in den Gewebekulturen innerhalb von acht 

bis zehn Tagen spezifische pathologische 

Veränderungen in den pyramidalen Neuronen 

rekapituliert, wie sie für Alzheimer-Patienten 

in Neuronen des Hippokampus beschrieben 

wurden 4 . Bei der im Patienten und in der 

Hippokampuskultur zuerst detektierbaren pathologischen 

Veränderung handelt es sich um 

typische Änderungen des Phosphorylierungsmusters 

des Tauproteins, die durch spezifische 

immunzytochemische Methoden (AT8-Marker) 

visualisiert werden können (Abb. 2). 

Andere Alzheimer-relevante, pathologische 

Konformationsänderungen des Tauproteins 

oder posttranslationale Veränderungen sind 

ebenfalls zu erwarten und können als Analyseparameter 

Verwendung finden. Wirkstoffe, 

die die Taupathologie gezielt verhindern, werden 

dringend gesucht, da sie möglicherweise 

Gedächtnisfunktionen wiederherstellen und 

Neuronendegeneration stoppen 5 . 

Organotypische hepatische Kulturen 

Mit der Etablierung von organotypisch gehaltenen 

Schnittkulturen der Leber wird ein 

nicht zerebrales Gewebe in die Telomics TM ex 

vivo Robotics-Plattform integriert. Durch die 

Wahl geeigneter Kultivierungsparameter ist 

es gelungen, in den Kulturen einerseits die 

histologische Organisation (Glissonsche Trias) 

und andererseits die subzellulare Zusammensetzung 

(Hepatozyten, hepatische Sternzellen) 

des in vivo-Zustandes repräsentativ 

nachzustellen. Insbesondere die Tatsache, daß 

keine Myofibroblasten in gesunden Kulturen 

nachzuweisen sind, grenzen dieses Modell 

von bislang verfügbaren Systemen ab. 

Speziell diese Charakteristika konnten auch 

bei der Etablierung eines Modells zur Untersuchung 

Zytokin-induzierter fibrotischer 

Veränderung nutzbar gemacht werden. Nach 

der Behandlung mit einem induktorischen 

Zytokin ist die Transformation von hepatischen 

Sternzellen in Myofibroblasten als ein 

früher Marker zu sehen. Diese führen zur 

gesteigerten Ablagerung von extrazellulären 


Matrixmolekülen und damit zu einer Fibrosierung des Leberparenchyms. 

Die Quantifizierung dieser Transformation in Kombination mit 

der vorhandenen Screeningkapazität ermöglicht es zeitnah Substanzen 

auf antifibrotische Eigenschaften zu untersuchen. 

Über die Untersuchung pathophysiologischer Prozesse, die unter 

anderem bei Leberzirrhose, Leberintoxikationen, Cholangitis und Hepatitis 

eine Rolle spielen, sind diese Kulturen ebenso dafür geeignet, durch 

eine finale Quantifizierung von Zellschäden und Vitalität, präklinische 

toxikologische Daten zu gewinnen. Diese können Zulassungsunterlagen 

ergänzen und erlauben ein frühzeitiges regulatorisches Eingreifen in 

den Arzneistoffentwicklungsprozeß. 

Mitochondrienfunktion 

Mitochondrien sind viel mehr als nur zelluläre Energielieferanten. Mutationen 

in der mitochondrialen DNA bewirken zahlreiche mitochondriale 

Enzephalomyopathien. Bei den neurodegenerativen Erkrankungen liegt 

der ursprüngliche Defekt wahrscheinlich außerhalb des mitochondrialen 

Genoms, und es kann zu sekundären Schädigungen der Mitochondrienfunktion 

kommen. Auch an Alterungsprozessen sind die Mitochondrien 

beteiligt. Daneben gibt es akute Erkrankungen oder Zustände (Ischämie, 

Entzündung, Intoxikation). Unabhängig davon, ob Mitochondrien akut 

oder chronisch geschädigt werden, kann es über energetische Depression 

der betroffenen Zellen zu irreversiblen Schädigungen der Mitochondrien 

(Permeability Transition) und schließlich zum Zelltod kommen 6 . Aus 

diesem Grund müssen therapeutische Ansätze zur Neuroprotektion 

den Erhalt oder die Verbesserung der Mitochondrienfunktion mit in 

Betracht ziehen. Die TELOMICS TM -Technologie wurde deshalb um die 

Untersuchung der Mitochondrienfunktion in kultivierten Schnittkulturen 

verschiedener Organe erweitert. Damit kann direkt die protektive 

Wirkung von Testsubstanzen auf die Mitochondrien untersucht werden. 

Der Befund einer stark vergrößerten Empfindlichkeit der Muskelmitochondrien 

gegenüber Kalzium-Streß bei transgenen Mäusen mit 

Huntington ist die Grundlage für die Entwicklung therapeutischer 

Strategien gegen neurodegenerative Erkrankungen. 

Fazit 

Durch die Weiterentwicklung der TELOMICS TM- Technologie und die 

Etablierung einer Reihe weiterer Modelle können Zeit und Kosten für 

die präklinische Entwicklung deutlich gesenkt werden. Hits aus dem 

HTS Bereich können treffsicher und mit hoher Effektivität biologisch 

evaluiert werden und dadurch Tierversuche eingespart werden. Durch 

die neurologischen ex vivo-Assays mit unterschiedlichen Pathologien 

kann sehr wirksam eine Reihe von Wirkmechanismen im Screening 

erfaßt und herausgefiltert werden. Durch die ergänzenden Modelle zur 

Leber- und Mitochondrientoxizität können zu einem frühen Zeitpunkt 

der Entwicklung umfangreiche Aussagen über Nebenwirkungen oder 

protektive Effekte getroffen werden. 

Literatur 

[1] Verband forschender Arzneimittelhersteller e.V. „Die Arzneimittelindustrie als Innovationsfaktor“, www.vfa.de 

[2] Heers C, Roehnert P, Mack T, Striggow F, LABORWELT 2004; 5(1): 4-7 

[3] Wyss-Coray T and Mucke L: Inflammation in neurodegenerative disease -a double-edged sword. Neuron. 2002;35:419-432 

[4] Braak & Braak, Staging of Alzheimer’s disease-related neurofibrillary changes, Neurobiol. Aging, 1995 

[5] SantaCruz, K. et al., Tau suppression in a neurodegenerative mouse model improves memory function, Science, 2005 

[6] Gellerich, F.N., Trumbeckaite, S. Müller, T., Chen, Y, Deschauer, M., Gizatullina Z, and Zierz, S. (2004) Energetic depression 

caused by mitochondrial dysfunction. Mol. Cell Biochem. 256/257, 391-405 


Astrid Hoffmann 

KeyNeurotek AG, ZENIT-Technologiepark 

Leipziger Straße 44, D-39120 Magdeburg 

Tel./Fax: +49 (0)391-6117-220 / -6117-221 

eMail: astrid.hoffmann@keyneurotek.de, www.keyneurotek.de 


Biomedizinischer Kongreß 

„SIGNAL TRANSDUCTION“ 

für Wissenschaft und Industrie 

10. – 12. November 2005 im Hilton-Hotel in WEIMAR 

Im Rahmen der biomedizinischen Grundlagenforschung veranstaltet auch 

in diesem Jahr die Signal Transduction Society (STS) wieder das „Joint 

Meeting Signal Transduction – Receptors, Mediators and Genes“ vom 

10. bis 12. November 2005 im Hilton-Hotel in Weimar als gemeinsames 

Kommunikationsforum für die Wissenschaft und die Industrie. 

Eine der Besonderheiten auf diesem Kongress ist neben der Einladung 

international renommierter Keynote-Speaker die enge Einbindung der 

ausstellenden Firmen in den gesamten Programmablauf und insbesondere 

die Vortragspräsentationen der beteiligten Unternehmen im Rahmen der 

Symposien und Workshops. Eine rege Industriebeteiligung soll hier ein 

anspruchsvolles und ausgewogenes Wissenschaftsprogramm mit gewährleisten. 

Die Abstracts der Vorträge werden in einer Sonderausgabe 

der peer-reviewed Zeitschrift SIGNAL TRANSDUCTION veröffentlicht. 

Vorgesehene Topics auf dem Kongress beinhalten u.a.: 

· Disease and Therapy 

· Interaction Domains and Signaling Complexes 

· Chemokines, Cytokines, Growth Factors and their Receptors 

· Kinases and Phosphatases 

· Adhesion, Cell Motility and the Cytoskeleton 

· Chromatin Modifications and Regulation of Transcription 

· Differentiation and Apoptosis 

· Cell Cycle Control and Aging 

· Bench to Business 

Detaillierte Informationen für die Industrie zum Signal Transduction 

Meeting sind bei Prof. Dr. R. Hass, Med. Hochschule, Hannover, 

(Email: hass.ralf@mh-hannover.de) erhältlich oder können auf den 

STS-Webseiten unter www.sigtrans.de abgerufen werden. 

KURSBUCH BIOPOLITIK Vol. 2 

mit Beiträgen von: 

Klaus Arntz 

Alfred Bach 

Rudi Balling 

Inge Broer 

Peter Kampits 

Nikolaus Knoepffler 

Christian Kummer 

Peter Langelüddeke 

Andreas Mietzsch 

Ulrike Riedel 

Hannes Schlender 

Uwe Schrader 

Karl-Friedrich Sewing 

Günter Stock 

Harald Wilkoszewski 

Corinna Werwigk- 

Hertneck 

Holger Zinke 

ISBN 3-928383-22-1, 196 Seiten, 24,80 D 

Erhältlich im Buchhandel bzw. unter: 

Tel.: 030/264921-40 oder www.biocom.de 

BIOCOM AG 


Leuchtturmprojekt NRW 

� 

Kompetenzzentrum BioSecurity 

Im Industrie- und Gewerbegebiet „Am Mersch“ in Bönen (Kreis Unna) entsteht derzeit in unmittelbarer 

Nähe zum Kamener Kreuz (BAB A1/A2) ein nahezu einzigartiges Kompetenzzentrum. 

Im Kompetenzzentrum Bio-Security sollen Unternehmen und Institutionen zusammengeführt 

werden, die mindestens ein Element der Lebensmittelwertschöpfungskette bearbeiten. Dieser 

ganz spezielle Fokus ist bewußt gewählt: er soll es Unternehmen und Institutionen ermöglichen, 

durch das Zusammenführen komplementärer Kompetenzen Wettbewerbspotentiale zu 

erschließen. Angesprochen sind daher Unternehmen und Institutionen aus dem Maschinen- und 

Anlagenbau, der Lebensmittelchemie, der (Veterinär-) Medizin und Kühltechnik, der Qualitätssicherung 

sowie aus den Bereichen Hygiene, Recycling etc. 

„Durch die Fokussierung des Kompetenzzentrums 

Bio-Security auf die Ernährungswirtschaft 

und verwandte Branchen ergeben sich 

Möglichkeiten zur nachhaltigen Steigerung 

der Wettbewerbsfähigkeit für alle Beteiligten“, 

so Diplom-Kaufmann Christian Rose, 

Geschäftsführer der Bio-Security Management 

GmbH. Daneben darf allerdings der sich 

daraus ergebende Verbrauchernutzen nicht 

außer acht bleiben. 

Die Ernährungswirtschaft in Deutschland ist 

mittelständisch geprägt. Generell ist in diesem 

Zusammenhang zu hinterfragen, ob die Unternehmen 

in ausreichendem Maße Forschung 

und Entwicklung (F&E) betreiben. Insbesondere 

in Zeiten der Globalisierung, der Öffnung 

der Märkte und durch den Wegfall von Handelsschranken 

gewinnen F&E zunehmend an 

Bedeutung. „Insgesamt“, so Oliver Bonkamp, 

Diplom-Volkswirt und Leiter des Immobilien- 

und Netzwerkmanagements, „führen diese 

Entwicklungen zu einer Dynamisierung der 

Märkte.“ Der Wettbewerbsfaktor Zeit müsse 

stärker in den Fokus der strategischen Planung 

treten. Allerdings sind nach Angaben 

des Nürnberger Marktforschungsinstitutes 

Information Resources 45% der rund 30.000 

Produkte des täglichen Bedarfes, die jährlich 

auf den Markt kommen, nach einem Jahr wieder 

verschwunden. Bei den Getränken sind es 

gerade mal zwei von zehn neuen, die länger 

als ein Jahr in den Regalen bleiben. Kann hier 

von einer ausreichenden strategischen Planung 

der Unternehmen gesprochen werden? 

Zwar wird deutlich, daß kontinuierlich neue 

Produkte entwickelt werden. Ein großer Teil 

scheint aber nicht den Verbraucherwünschen 

zu entsprechen. 

Die Unternehmen stehen in einem intensiven 

Wettbewerb zueinander, so Sabine Eichner 

Lisboa, Geschäftsführerin der Bundesvereinigung 

der Deutschen Ernährungsindustrie 

(BVE) in der FAZ. Eine hohe Marktsättigung 

ließe nur wenig Spielraum für Umsatzsteigerungen. 

Als Konsequenz müßten Investitionen 

in F&E erfolgen, um mit neuen, qualitativ 

hochwertigen Produkten die eigene Wettbewerbsfähigkeit 

zu steigern und zu sichern. 

Doch F&E sind kostenintensiv und der ent- 

S E R V I C E 

stehende Nutzen ungewiß. Wer allerdings 

nicht ausreichend in F&E investiert, verliert 

langfristig das Know-how, aus dem sich seine 

Wettbewerbsfähigkeit und -stärke ableiten. Er 

läuft somit Gefahr, vom Markt verdrängt zu 

werden. Doch woher das Geld nehmen, wenn 

die Marktsättigung groß ist, wenig Spielraum 

für Umsatzsteigerungen besteht und zunehmend 

ausländische Konkurrenten auf den 

deutschen Markt drängen? 

„Das Kompetenzzentrum Bio-Security setzt 

genau an dieser Stelle an“, sagt Rose. Neben 

marktüblichen Mieten am unteren Niveau 

werden die Mieter des Kompetenzzentrums 

sowie weitere Partner in das sich kontinuierlich 

entwickelnde Partnernetzwerk Bio-Security 

eingebunden. Dort ergeben sich hervorragende 

Möglichkeiten mit den Mietern sowie 

mit Netzwerkpartnern Kooperationen einzugehen. 

Eingebunden sind neben den KMU 

etliche Global Player, FHs und Hochschulen 

sowie Forschungsinstitutionen. „Dieses Parternetzwerk 

verringert Schnittstellenprobleme 

und leistet einen aktiven Wissenstransfer“, so 

Bonkamp. Sowohl in F&E als auch in der Produktion, 

im Vertrieb und Einkauf sowie in der 

Aus- und Weiterbildung können Synergien genutzt 

und komplementäre Kernkompetenzen 

zusammengeführt werden. Dadurch werden 

kurzfristig Kosteneinsparungen realisiert, 

langfristig Wettbewerbspotentiale erschlossen 

und die Kundenzufriedenheit erhöht. Des 

weiteren sollen Forschungsprojekte in den Bereichen 

Fleisch, Milch, Fisch, Kulturpflanzen 

etc. durchgeführt werden. Sie werden vom 

Betreiber des Kompetenzzentrums, der Bio- 

Security Management GmbH, mitinitiiert und 

aktiv begleitet. So ist etwa ein Forschungsprojekt 

im Bereich Tiergesundheit von Landwirten, 

Unternehmen und Forschungsinstituten 

geplant. Hintergrund sind Virusinfektionen 

bei Milchkühen, die zu einer Verschlechterung 

der Milchqualität und der Milchproduktion 

pro Kuh führen. Die Bio-Security Management 

GmbH bietet den beteiligten Partnern zudem 

ein „rundum-sorglos-Paket“: Die Beteiligten 

erhalten Unterstützung bei der Akquisition 

von Fördergeldern im Ziel-2-Gebiet. Darüber 

hinaus kann auf ein Beratungsangebot zurückgegriffen 

werden, das sich von der Strategieberatung, 

über die Ansiedlungsberatung bis hin 

zur konkreten Projektberatung erstreckt. 

Insgesamt stehen 10.000 m 2 modernste 

Räumlichkeiten zur Verfügung: 5000 m 2 Büroräume, 

4000 m 2 voll ausgestattete technische, 

biologische und chemische Labore der Klassen 

S1/L1 und S2/L2, 1000 m 2 Versuchs- und 

Werkstattflächen, ein Schulungszentrum mit 

fünf Seminar- und Besprechungsräumen und 

zwei großen Veranstaltungsräumen. Der erste 

Ankermieter, das Unternehmen WestfaliaSurge, 

nutzt einen landwirtschaftlichen Betrieb in 

unmittelbarer Nähe zum Kompetenzzentrum 

für Praxistests. In Einzelfällen und nach Absprache 

kann dieser Betrieb auch für weitere 

Tests mitgenutzt werden. Nahezu einmalig 

ist die Möglichkeit zur Anmietung von Spezialmaschinen, 

die auf Wunsch angeschafft 

werden. Das Angebot im Kompetenzzentrum 

Bio-Security ermöglicht Unternehmen das 

Betreiben nachhaltiger F&E. Zudem ist das 

zu tragende finanzielle Risiko vergleichsweise 

gering, weil voll ausgestattete Labore und Spezialmaschinen 

angemietet werden können. 


Oliver Bonkamp 

Siemensstraße 42, 59199 Bönen 

Tel.: +49-(0)2383-919-22 

eMail: bonkamp@bio-security.de 



Marktübersicht: Workstations 

Im Zuge der Genomforschung hat die vollautomatische Prozessierung biologischer Proben und Moleküle einen neuen Stellenwert gewonnen. 

Die oftmals modularen Systeme, die in der funktionellen Genomik, Proteomik sowie dem Drug Screening genutzt werden, vereinen sowohl 

Probenvorbereitung als auch Messung auf einer Plattform. Diese Marktübersicht wirft einen Blick auf die aktuellen Systeme am Markt. 

Beckman Coulter GmbH 

Dietmar Janke 

djanke@beckman.com 

AVIOR systems GmbH 

Weißenfelser Straße 67 

D-04229 Leipzig 

www.avior.de 

Dipl.-Ing. (FH) Dirk Peters 

AVIOR systems GmbH 

Weißenfelser Straße 67 

D-04229 Leipzig 

www.avior.de 

Dipl.-Ing. (FH) Dirk Peters 

1. Firmendaten, Ansprechpartner Analytik Jena AG 

Konrad-Zuse-Straße 1 

D-07745 Jena 

Alexander Berka, www.analytik-jena.de 

Tel./Fax: +49 (0)36 41-77 70/Fax: -77 92 79 

2. Produktname FasTrans 3C Apricot Design TPS-24 Apricot Design TPS-384 SAMI EX Biomek Workstation 

Pharma (HTS, Compound-Verteilung unter inerten Bedingungen, Plate 

Replication, ADME Tox, Zellpermeabilitätsuntersuchungen, Zellkultur), 

molekulare Genetik und Biotechnologie (Nukleinsäure-Isolation, Real- 

Time-PCR-Setup, Proteinaufreinigung, etc.), Zellkommunikation (Caspase, 

Interleukine, etc.) 

Platten-Replikationen • Platten-Reformation 

• Zugabe von Reagenzien • 

Serielle Verdünnungen 

Platten-Replikationen • Platten-Reformation 

• Zugabe von Reagenzien • 

Serielle Verdünnungen 

Forschung, Klinische Diagnostik, Routine-Analytik, 

Tabletop-Workstation, 

LD-Microarrayer 

3. Anwendungsgebiete 

Basis der SAMI EX Workstation-Systeme sind die Liquid Handling-Roboter 

Biomek NX und Biomek FX. Kombiniert mit weiteren Geräten (Inkubatoren, 

Hotel Carousel, Piercer, Sealer, unterschiedliche Detektionsysteme 

(z.B.Platereader), etc.) sind verschiedenste Systeme realisierbar. Durch 

die Integrationen mehrer Transportsysteme incl. „Linear Track“-Roboter 

ist eine individuelle Systemanpassung je nach Aufgabenstellung möglich. 

Die neue SAMI EX Workstation-Software führt zu einer einfachen 

Programmierung von komplexen Assays. Diese Software optimiert die 

Abläufe zur besten Auslastung der Gerätesysteme und die dynamische 

Rescheduling-Funktion von SAMI EX gewährleistet zudem die höchstmögliche 

Flexibilität. Die in einem Ablauf gemessenen Daten können 

direkt, je nach Wert, zu einer Entscheidung über einen alternativen Assayverlauf 

genutzt werden. 

Dieser kompakte Pipettierer bietet 

dank leicht austauschbarer Pipettierköpfe 

eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. 

Dabei überzeugt sowohl 

die Zuverlässigkeit als auch die Reproduzierbarkeit 

der Pipettiervorgänge in 

der täglichen Anwendung. Das Gerät 

ist in verschiedenen Größen lieferbar. 

Dieser kleine Pipettierer bietet exzellente 

Pipettier-Ergebnisse für kleinere 

Durchsatzraten. Mit seinem fest angeordneten 

Raster von 24,16, 12 oder 8 

Nadeln kann er Platten sowohl reihenals 

auch spaltenweise abarbeiten. 

FasTrans ist universell und flexibel einsetzbar. 

Das Spektrum der Anwendung 

reicht vom einfachen Umpipettieren 

von Mikroplatten bis hin zur kompletten 

Erstellung eines PCR-Ansatzes. Da 

sowohl das 96er als auch das 384er 

Platten-Rastermaß bedient werden 

kann, ist das Gerät für eine Vielzahl 

allgemeiner Pipettieraufgaben in der 

Probenvorbereitung bei kleinem und 

mittlerem Probenaufkommen nutzbar. 

Aber auch ein Einsatz als LD-Microarrayer 

ist möglich. 

4. Kurzbeschreibung des Produktes 

Integrierte Robotersysteme mit Biomek-Systemen und SAMI EX 

Workstation-Software 

Mikrocontroller-gesteuerter, direktverdrängender 

Pipettierkopf. Grundfläche 

von (6) 3x2, (9) 3x3, (12) 3x4, (15) 

3x5 Plattenpositionen. Pipettierkopf 

verfährt über den Deckpositionen. 

Typische Windows-Steuersoftware, 

leicht erlernbar und bedienbar. Erlaubt 

benutzerspezifische Kalibrierkurven 

für verschiedene Flüssigkeiten. • In 

Anlagen integrierbar. 

Mikrocontroller-gesteuerter, direktverdrängender 

Pipettierkopf. Grundfläche 

von (6) 3x2 oder (6) 2x3 Plattenpositionen. 

Pipettierkopf verfährt über den 

Deckpositionen. Typische Windows- 

Steuersoftware, leicht erlernbar und 

bedienbar. Erlaubt benutzerspezifische 

Kalibrierkurven für verschiedene Flüssigkeiten. 

• In Anlagen integrierbar 

Universeller Pipettierautomat im 

Portalroboter-Design • Hochpräzisions-Zahnriemen-Antrieb 

• Minikolbendosierverfahren 

• Steuerung mittels 

PC-Software oder OLE-Automation 

5. Funktionsprinzip 

Volumenbereich: 0.5µl - 125µl (96, 384); 

1µl - 550µl (96 4 to 1 Kopf) • Präzision: 

< 2% CV - 1µl (96, 384) (typisch); < 2% 

CV - 10µl (96 4-in-1 Kopf) • Genauigkeit 

(Flüssigkeitstransfer) ± 1% - 10µl (96, 

384) (typisch); ± 1% - 250 µl (96 4-in-1 

Kopf) • Auflösung: 0.1µl (96 Offset, 384); 

1µl (96 4-in-1 Kopf) • Disposables: 

Apricot ESP und normale Disposable 

Tips; Feste Tips 

Volumenbereich: 0.5µl - 250µl • Präzision: 

< 2% CV - 50µl; < 1% CV - 100µl 

• Genauigkeit (Flüssigkeitstransfer) ± 

1% - 50µl (typisch) • Auflösung: 0.1µl • 

Disposables: Apricot ESP und normale 

Disposable Tips; Feste Tips 

Volumenbereich: 0,5µl bis 30µl • 

Dreikanaliger Pipettierkopf, ausbaufähig 

• Pipettier-, Dispensier- & 

Mischfunktionen • 10µl und 50µl Tips, 

automatischer Spitzenwechsel • freie 

Probenanordnung im Rahmen des 9 

bzw. 4,5mm-Rastermaßes • grafische 

Erstellung von Pipettierprotokollen 

durch Drag & Drop, Unterstützung 

durch Konfigurations-Wizard • Servomotoren 

für schnellen & geräuscharmen 

Betrieb 


Die technischen Spezifikationen richten sich je nach den integrierten 

Systemkomponenten. (siehe auch Biomek Liquid Handler). Mikrotiter- 

Plattenformate bis 1.536 Well können bearbeitet werden 

6. Technische Beschreibung 

Ausstattung flexibel: Verschiedene Transportsysteme (Gripper, Pick and 

Place Roboter, Linear Track Roboter, Conveyor) High Density Replication 

Tools, Integration von verschiedensten Geräten: Reader (Washer, Shaker, 

Sealer, Thermocycler, Inkubatoren, etc) weitere Integrationen und Gerätekonstruktionen 

auf Kundenanfrage 

Pipettierköpfe: 384, 24, 16 parallele Kanäle; 

96, 12, 8 parallele Kanäle• Mögliche 

Deckpositionen: (6) 3x2, (9) 3x3, (12) 

3x4, (15) 3x5 • Optionen: Waschstation 

für Tips und typisches Zubehör für 

verschiedene Applikationen 

Pipettierköpfe: 24, 16, 12 oder 8 parallele 

Kanäle • Mögliche Deckpositionen: 

(6) 3x2, (6) 2x3 • Optionen: Waschstation 

für Tips und typisches Zubehör für 

verschiedene Applikationen 

Es sind keine Werkzeuge zum Betrieb 

des Systems notwendig 

7. Werkzeuge 

vor-Ort-Service, Serviceverträge, Applikationsentwicklung, 28 Service- 

Techniker 

Service erfolgt mit gut ausgebildeten 

Ingenieuren. Serviceverträge mit 24- 

Stunden-Service möglich. 

8. Service vor-Ort-Service durch Kundendienst Service erfolgt mit gut ausgebildeten 

Ingenieuren. Serviceverträge mit 24- 

Stunden-Service möglich. 

Die zum Lieferumfang gehörende Software „Accounts and Permissions“ 

und eine SQL-Datenbank ermöglichen CFR 21 Part 11-Konformität. 

Daten werden erfaßt, gespeichert und Änderungen dokumentiert. Die 

Ursprungsversion vor der Änderung ist ebenfalls als Back Up vorhanden 

und jederzeit wiederherstellbar. Durch das neue Docking Unit-Konzept 

wird der Einsatz eines integrierten Gerätesystems in mehreren SAMI EX 

Workstations ermöglicht 

Selbstwechselbare Pipettierköpfe 

sowie leicht bedienbare Software 

gekoppelt mit exzellenten Pipettierparametern. 

Selbstwechselbare Pipettierköpfe sowie 

leicht bedienbare Software gekoppelt 

mit exzellenten Pipettierparametern. 

Kundenspezifische Anfertigung möglich 

• Mit und ohne Gehäuse lieferbar 

Verschiedene Aufnahmen für MT-Platten 

und BioChips 

9. Extras / Besonderheiten 

ab 160.000 g 

z.B. (15) 3x5 Deckpositionen mit 96er 

Disposable-Tip-Kopf 69.820 g 

10. Preis (ab…Euro) ab 8.900 g z.B. (6) 3x2 Deckpositionen mit 24er 

Disposable-Tip-Kopf 27.200 g

Bruker Daltonik GmbH 

Fahrenheitstr. 4 

D-28359 Bremen 

Tel.: +49-(0)412-2205-0 

Fax: +49-(0)412-2205--104 

sales@bdal.de 

www.bdal.de 

Bruker Daltonik GmbH 

Fahrenheitstr. 4 

D-28359 Bremen 

Tel.: +49-(0)412-2205-0 

Fax: +49-(0)412-2205--104 

sales@bdal.de, 

www.bdal.de 

1. Firmendaten, Ansprechpartner Beckman Coulter GmbH 

Dietmar Janke 

djanke@beckman.com 

2. Produktname Biomek (Liquid Handler) PureDisk CLINPROT robot 

SNP genotyping Klinische Proteomik, Biomarker-Profiling biologischer Proben 

Nukleinsäure-Isolation, Probenvorbereitung (PCR/Sequenzierung, Genexpression 

und SNP-Detektion), Proteinkristallisation, Proteinaufreinigung, 

etc., Zellkommunikation (Caspase, Interleukine, etc.), Pharma (Compound- 

Verteilung unter inerten Bedingungen, ADME Tox, Zellpermeabilitätsuntersuchungen, 

Zellkultur, Histaminbestimmungen) 




96-channel Workstation für PCR-Produkte zur MALDI-TOF-Analytik 8-channel Workstation zur Magnetpartikel-basierten Probenpräparation 

für die MALDI-TOF-Analytik 

Biomek 3000: Air Displacement Pipetting, 1- oder 8-Kanal, Gripper Biomek 

NX: 8-Nadel/Disposable Tips (Span-8, Gripper) oder 96/384 Multichannel- 

Pipettierkopf, incl. Gripper • Biomek FX: Kombinationen aus 8-Nadel/Disposable 

Tips und/oder 96/384 Multichannel, Pipettierkopf, incl. Gripper. • 

Die Steuerung aller Biomek-Systeme erfolgt über die Biomek-Software, 

wahlweise mit Scheduling. Durch die ‚Dataset’-Funktionen als Softwarebestandteil, 

wird die individuelle direkte Erfassung und Bereitstellung von 

probenbezogenen Daten innerhalb einer Methode gewährleistet. Zu dem 

können in einem Ablauf anfallende Daten, z.B. bei integriertem Beckman 

Coulter DTX 880 Multimodereader, direkt verrechnet werden und im weiteren 

Ablauf, z.B. für eine Normalisierung oder Hit Picking, genutzt werden. 


Magnetpartikel-basierte automatische Präparation komplexer 

Proben für die MALDI-TOF-Analytik, optimiert für die Biomarker- 

Detektion 

Magnetpartikel-basierte semiautomatische Probenpräparation für 

MALDI-TOF Analytik, basierend auf den geno-pureTM und genostrepTM Kits 

Beim Biomek 3000 und den 96/384 Multichannel-Systemen werden Flüssigkeiten 

nach dem „Positive Air Displacement“-Prinzip transferiert. Die 

Span-8-Systeme werden durch Spritzenantriebe bedient. 


Bei Span-8-Systemen gleichzeitiger Einsatz von Nadeln und Wegwerfspitzen 

möglich (Pipettiervolumen 0.5-5000µl pro Transfer). Multichannel- 

Pipettierköpfe arbeiten mit 250 µl, 50µl, 30 µl oder 20µl Disposable Tips 

(Pipettiervolumen 0,25-200µl pro Transfer), Flüssigkeitsoberflächenerkennung 

über kapazitive Feldmessung, Kontaminationsfreiheit durch Verwendung 

von Disposable Tips (Tipwaschstation integrierbar), Einhausungen 

(EN 12469, ISO 14644, VCI 2083) für die verschiedensten Modelle erhältlich 

44 | 6. Jahrgang | Nr. 5 /2005 LABORWELT 

8-Kanal-Präparation, integriertes Element zur Magnetpartikelbasierten 

Präparation, Barcode- und Transponder-Probenverfolgung 

und Sicherheitsbox. 

Elektr. Heizung, Aktive Wasch-Station, zwei Füll-Reservoirs, Platten- 

Greifer, Magnetseparator, Barcode und Transponder Probenverfolgung 

und Sicherheitsbox auf einer effizienten Disk-Plattform, Steuersoftware 


96-Kanal Pipettierstation, aktive Waschstation, MALDI-Target-Präparation 8-Kanal-Pipettierstation, Magnet-Separationseinheit, • 

MALDI-Target-Präparation 

Ausstattung flexibel: Gripper, High Density Replication Tools, automatisches 

Tube Barcode Reading, Integration von Geräten: Reader, Washer, 

Shaker, Sealer, Thermocycler, Inkubatoren, weitere Integrationen und 

Gerätekonstruktionen auf Kundenanfrage 

7. Werkzeuge 

weltweit In-Haus-Service 

vor Ort-Service, Serviceverträge, Applikationsentwicklung, 28 Service- 

Techniker 

8. Service 

multidimensionale Fraktionierung möglich; Probenvolumen skalierbar 

• Komponente des CLINPROT-Lösungspakets zur Biomarker- 

Analyse 

Abgestimmt auf das GENOLINK System. 

Unterstützt genopure und genostrep kits. 

DNA-Reinigung und Präparation für MALDI-TOF 

Die zum Lieferumfang gehörende Software „Accounts and Permissions“ 

und eine SQL-Datenbank ermöglichen eine CFR 21 Part 11-Konformität. 

Daten werden erfaßt, gespeichert und Änderungen dokumentiert. Die 

Ursprungsversion vor der Änderung ist ebenfalls als Back Up vorhanden 

und jederzeit wiederherstellbar. Die Biomek NX/FX-Pipettierer können zu 

SAMI EX-Workstations ausgebaut werden 


ab 35.000 g 

10. Preis (ab…Euro)

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Eppendorf AG 

Barkhausenweg 1 

D-22339 Hamburg 

Tel.: +49-(0)40-53801-0 

www.epmotion.com 

Eppendorf AG 



Tel.: +49-(0)40-53801-0 

www.epmotion.com 

1. Firmendaten, Ansprechpartner CyBio AG 

Göschwitzer Straße 40 

D-07745 Jena 

Tel.: +49-(0)3641-351 0 

Fax: +49-(0)3641-351 409 

productinfo@cybio-ag.com 

www.cybio-ag.comD 

epMotion ® 5075 LH 

für automatisiertes Liquid Handling 

2. Produktname CyBi ® -Cellight Workstation epMotion ® 5075 VAC und MC 

für die Molekularbiologie 

epMotion 5075 LH ist ein flexibles Gerät für komplexe Liquid Handling- 

Anwendungen. Wie bei der Liquid Handling-Station epMotion 5070 können 

auch hier Prozesse aus Pre-Analytik- und Analytikanwendungen mit 

höchster Präzision und Reproduzierbarkeit durchgeführt werden, wobei 

durch die Ausstattung der epMotion 5075 ein höheres Maß an Automatisierung 

möglich ist. • In dieses Gerät können nachträglich bei Bedarf eine 

Vakuumstation oder ein Mastercycler ep 96 oder 384 integriert werden. 

Diese Workstations sind konzipiert für anspruchsvolle Anwendungen aus der 

Molekurbiologie. Beispielsweise die epMotion 5075 VAC, die mit integriertem 

Manifold und Vakuumpumpe für Walk-Away-Automatisierung der Nukleinsäureaufreinigung 

entwickelt wurde. Validierte Protokolle für die qualitativ 

hochwertigen, vakuumbasierten Perfectprep ® Kits von Eppendorf gehören 

zum Lieferumfang. Alternative Systeme zur Aufreinigung von RNA und genomischer 

DNA aus Blut stehen ebenfalls zur Verfügung. Die epMotion 5075 MC 

mit integriertem Mastercycler ep 96 oder 384 ermöglicht die vollautomatische 

Probenvorbereitung und anschließende Amplifikation von PCR-Reaktionen. 

Zellbasierte Luminiszenzassays für Ziele wie G-Protein gekoppelte 

Rezeptoren (GPCR), Ionen Kanäle und Transporter (z.B. AequoScreenTM , 

PhotinaTM-Assays, Luciferase-Assays) 



epMotion 5075 ist eine erweiterte Ausführung der Liquid Handling-Station 

epMotion 5070. Mehr Funktionalität und eine größere Arbeitsoberfläche mit 

bis zu 12 Positionen für Labware ermöglicht den Anwendern, anspruchsvollere 

Liquid Handling-Aufgaben auf der Plattform durchzuführen. Auf 

der Basis der epMotion 5070 entwickelt, kann dieses System Werkzeuge 

automatisch erkennen und wechseln. Der einzigartige optische Sensor 

erkennt den Typ der Dispensierwerkzeuge, die Füllstände, die Labware, 

den Spitzentyp und die Anzahl der Spitzen. 

Auf der Basis der epMotion 5070 entwickelt, kann dieses System Werkzeuge 

automatisch erkennen und wechseln. Labware kann mit einem Greifer – einem 

Handlingwerkzeug, das die Vielseitigkeit der Workstation bietet – zwischen 

Pipettierpositionen und Modulen transferiert werden. Der einzigartige 

optische Sensor erkennt den Typ der Dispensierwerkzeuge, die Füllstände, 

die Labware, den Spitzentyp und die Anzahl der Spitzen. Diese Funktion 

beschleunigt den Arbeitsablauf und erhöht den Gesamtkomfort. 

Wie die epMotion 5070 wird auch dieses Gerät über das kleine, kompakte 

Control Panel gesteuert. Das PC-ähnliche Menü ermöglicht eine einfache und 

schnelle Bedienung mit Maus und Tastatur 

Skalierbares System zur vollautomatisierten Bearbeitung von Biolumineszenzassays 

in Mikroplatten. Dies beinhaltet Detektion (Flash, Kinetik, 

Endpunkt) mit kontaktfreier Zugabe von Reagenzien bzw. Zellsuspension 

in Ausleseposition, sowie einem externen 384 oder 96-fach Parallel-Pipettierer, 

einem 16 Kanal-Dispensierer und Stackern. 


Bisher manuell durchgeführte Abläufe lassen sich präzise, schnell und 

einfach auf die epMotion 5075 übertragen. Anstelle eines üblicherweise 

verwendeten Computers wird zur Steuerung ein kompaktes Control Panel 

eingesetzt, um den Platzbedarf auf ein Minimum zu reduzieren. Das PCähnliche 

Menü ermöglicht eine einfache und schnelle Bedienung mit Maus 

und Tastatur. • In der Routine erprobte Pipettierabläufe bleiben erhalten. 

Zügige und reproduzierbare Dosierungen mittels Pipettieren, Dispensieren 

und weiterer Dosiervarianten können durchgeführt werden. 

Bisher manuell durchgeführte Abläufe lassen sich schnell und einfach 

auf die epMotion übertragen. Anstelle eines üblicherweise verwendeten 

Computers wird zur Steuerung ein kompaktes Control Panel eingesetzt, 

um den Platzbedarf auf ein Minimum zu reduzieren. Kombiniert mit der 

intuitiven und einfachen Bediensoftware MotionManager ist die Bedienung 

der epMotion einfach und schnell erlernbar. • In der Routine erprobte 

Pipettierabläufe bleiben erhalten. Zügige und reproduzierbare Dosierungen 

mittels Pipettieren, Dispensieren und weiterer Dosiervarianten können 


Mit dem Parallelpipettierer CyBi ® -Well und dem Dispensierer CyBi ® - 

Drop werden Assayplatten vorbereitet (Zugabe von Compounds, Puffern, 

Reagenzien, Zellen). Diese werden automatisiert zum Lumineszenz- 

Imager CyBi ® -Lumax HT übergeben. Im CyBi ® -Lumax HT können mit 

dem integrierten Dispenser Zellen und Reagenzien in der Leseposition 

zugegeben werden, so daß eine Aufnahme kinetischer Daten ohne jede 

Zeitverzögerung über den gesamten Reaktionsverlauf möglich ist. 


Dieses Gerät eignet sich für den Einsatz im geringem bis mittleren Probendurchsatzdurchsatz. 

Es können beispielsweise Mikrotiterplatten im 

verschiedensten Formaten wie auch Einzelgefäße verwendet werden. 

Dementsprechend ist der Durchsatz abhängig von Volumen, Gefäß und 

verwendeten Dispensierwerkzeug. • Mit dem Multi-Dispensieren steht 

eine sehr schnelle Dosierart zur Verfügung. Das Befüllen einer 96er Platte 

ist beim Multi-Dispensieren nach 35 Sekunden abgeschlossen. 

Dieses Gerät eignet sich für den Einsatz im geringem bis mittleren Probendurchsatzdurchsatz. 

Dies bedeutet für die Plasmid-DNA-Aufreinigung: 60 

Minuten für 96 verschiedene Plasmidproben bei Verwendug des Perfectprep 

Plasmid 96VAC Direct Bind Kits 

CyBi ® -Lumax flash HT - Hochdurchsatz Flash Lumineszenz-Imager mit 

integriertem Liquid Handling für Mikroplatten • CyBi ® -Well – 96 oder 384fach 

Parallel-Pipettier • CyBi ® -Drop 3D – 16-Kanal kontaktfreier Dispensierer 

• CyBio ® Stacker – Lagerung und Bereitstellung von Mikroplatten 



7. Werkzeuge Update über Multi Media Card (MMC) Update über Multi Media Card (MMC) 

Datendokumentation bzw.-auswertung: Über die Multi Media Card(MMC) 

und den epMotion Editor. Der epMotion Editor ist ein Softwarepaket zur 

Erstellung und Editierung von Methoden sowie zum Ausdruck und zur 

Archivierung von Programmabläufen am PC. 

Datendokumentation bzw.-auswertung: Über die Multi Media Card (MMC) und 

den epMotion Editor. Der epMotion Editor ist ein Softwarepaket zur Erstellung 

und Editierung von Methoden sowie zum Ausdruck und zur Archivierung von 

Programmabläufen am PC. 

Firmeneigene Servicemitarbeiter vor Ort, 

Serviceverträge mit 24 h Reaktionszeit möglich 

8. Service 

Im Lieferumfang enthalten sind eine Vielzahl validierter Methoden aus 

dem Bereich Liquid Handling und Nukleinsäureaufreinigung • Import von 

csv-Dateien zur Normalisierung und zum Durchführen von „Cherry-Picking“ 

• Methoden-Editor zum Erstellen von Methoden am PC 

Im Lieferumfang enthalten sind eine Vielzahl validierter Methoden aus dem 

Bereich Nukleinsäureaufreinigung • Eine große Auswahl an Spezial-Zubehör 

Screening von Agonist und Antagonisten in einer Compound-Platte • 

Geeignet zum Screening im 1.536er Format • Zugabe von Zellsuspension 

und Reagenz direkt in Leseposition des Detektors für Flash-Lumineszenz 

Assays • Interner Dispenser für Zellzugabe optimiert (kein Absetzen von 

Zellen, hohe Homogenität der Zellsuspension) 



NextGen Sciences Ltd 

Building 56, Alconbury North Airfield 

Huntingdonm Cambridgeshire PE28 4DA, UK 

Tel: +44-(0)1480-410850,Fax: +44-0)1480-410858 

Dr Grant Cameron 

grant.Cameron@nextgensciences.com 

NextGen Sciences Ltd 

Building 56, Alconbury North Airfield 

Huntingdonm Cambridgeshire PE28 4DA, UK 

Tel: +44-(0)1480-410850,Fax: +44-0)1480-410858 

Dr Grant Cameron 

grant.Cameron@nextgensciences.com 

HAMILTON Life Science Robotics 

Fraunhoferstr. 17, D-82152 Martinsried 

Tel.: +49-(0)89-552649-0 , Fax: +49-(0)89-552649-10 

infoservice@hamiltonrobotics.com 

www.hamiltonrobotics.com 

Dr. Andreas Pries 

1. Firmendaten, Ansprechpartner Eppendorf AG 



Tel.: +49-(0)40-53801-0 

2. Produktname epMotion ® 5070 für automatisiertes Liquid Handling MICROLAB STAR Line Workstations Expressionworkstation Baculoworkstation 

Baculovirus/Insect cell optimised - Transfection, Infection, 

Cell Seeding, Viral Dilution. 

Gene Cloning, Molecular Biology, Protein Expression & 

Purification 

Automation von Applikationen in Drug Discovery, 

Genomics, Proteomics und Cellomics für Labors 

in den Bereichen Biotech, Pharma, akademische 

Forschung, Veterinär, Forensics u.a. 

Der Einstieg in automatisierte Liquid Handling-Anwendungen 

für höhere Geschwindigkeit, Robustheit 

und Genauigkeit bei Pre-Analytik- und Analytikanwendungen 

und somit höherer Kosteneffizienz 


An automated platform comprising of a Liquid handler with 

a simple programmable user interface. • Fits into CAT II 

cabinet 

An automated platform comprising of a Liquid handler, 

Thermal Cycler, Vacuum station, Centrifuge integrated 

with an advanced experimental design, data tracking and 

material tracking database. 

Liquid Handling-Workstations in drei Größen mit frei 

konfigurierbaren Pipettier- und Plattentransport- 

Modulen. Hohe Modularität erlaubt freie Konfiguration 

und hohe Nachrüstbarkeit 

epMotion 5070 ist eine kleine, kompakte Liquid 

Handling-Station für eine Vielzahl von Anwendungen. 

Das System bietet eine preisgünstige Lösung 

zur Automatisierung vieler gängiger Pipettierprotokolle, 

die in der Regel mit Pipetten durchgeführt 

werden 


Performs the key labour intensive steps involved in the 

generation of recombinant baculovirus and the generation 

of expressed protein. 

Enhance laboratory productivity in designing and generating 

DNA constructs and in expressing and purifying 

proteins. 


W O R K S T A T I O N S 

Hohe Reproduzierbarkeit und Prozeß-Sicherheit 

dank „Air-Displacement“ Pipettier-Technologie, die 

nach dem Prinzip der Handpipette funktioniert. Bei 

Verwendung von Einweg-Tips wird das Risiko von 

Kontamination so praktisch ausgeschlossen. Diese 

Technologie ermöglicht zudem die Überwachung 

einzelner Pipettier-Schritte mittels Drucksensoren. 

Die epMotion 5070 ist die konsequente Weiterentwicklung 

des von Eppendorf vor über 40 Jahren 

entwickelten Kolbenhubsystems für die manuelle 

Pipette im Mikroliterbereich. Dieses System ermöglicht 

kontaminationsfreie und zuverlässige Dosierungen 

ohne Kontakt zur Flüssigkeitsoberfläche bei 

der Flüssigkeitsabgabe • Der einzigartige optische 

Sensor erkennt den Typ der Dispensierwerkzeuge, 

die Füllstände, die Labware, den Spitzentyp und die 

Anzahl der Spitzen. • Bisher manuell durchgeführte 

Abläufe lassen sich schnell und einfach auf die 

epMotion übertragen. Anstelle eines üblicherweise 

verwendeten Computers wird zur Steuerung ein 

kompaktes Control Panel eingesetzt, um den Platzbedarf 

auf ein Minimum zu reduzieren. Kombiniert 

mit der intuitiven und einfachen Bediensoftware ist 

die Bedienung der epMotion einfach und schnell 

erlernbar. • In der Routine erprobte Pipettierabläufe 

bleiben erhalten. Zügige und reproduzierbare Dosierungen 

mittels Pipettieren, Dispensieren und weiterer 

Dosiervarianten können durchgeführt werden. 


1 x probe liquid handling 

Pre-validated protocols for above purposes. 

8 x probe liquid handling (2-1000ul per probe), each 

individually addressable • 1 x 96-well thermal cycler. • 

2 x position centrifuge (2000 x g) • 1 x vacuum station (flexible 

plate interface) • Integrated software control (design 

to experiment without user teaching robot) • Bespoke 

interface allowing user to program additional processes 

Drei verschiedene Deckgrößen (110cm/160cm/210cm 

breit) mit Nachrüst-Möglichkeit (110cm auf 210cm). 

1-16 unabhängig positionierbare Pipettierkanäle 

und/oder optionaler 96er-Pipettierkopf auf einem 

oder zwei parallel arbeitenden Armen. Gleichzeitiger 

Einsatz von Tips und Stahlnadeln. Plate-Handling 

mittels zwei verschiedenen internen oder einem 

externen Greif-Arm. Große Auswahl an Zubehör für 

verschiedene Applikationen (Magnetic-Bead- und 

Vakuum-Technologie, Inkubation etc.). 

Dieses Gerät eignet sich für den Einsatz im geringem 

Probendurchsatz. Es können beispielsweise 

Mikrotiterplatten im verschiedensten Formaten wie 

auch Einzelgefäße verwendet werden. Dementsprechend 

ist der Durchsatz abhängig von Volumen, 

Gefäß und verwendeten Dispensierwerkzeug 


see 6 see 6 

7. Werkzeuge Update über Multi Media Card (MMC) Greif-Arme für den Plattentransport, mögliche 

Aufnahme von Pin-Tools etc. 

Annual, preventative maintenance Annual, preventative maintenance 

Entwicklung maßgeschneiderter Integrationslösung 

nach Kunden-Bedürfnissen. Integration von Fremdgeräten 

z.B. zur Analyse, Inkubation etc. 

Datendokumentation/-auswertung: Über die Multi 

Media Card (MMC) und den epMotion Editor. Der 

epMotion Editor ist ein Softwarepaket zur Erstellung 

und Editierung von Methoden sowie zum Ausdruck 

und zur Archivierung von Programmabläufen am PC 

8. Service 

Speciality: only commercially available automated platform 

addressing the needs of scientists using baculovirus systems 

for protein expression. 

Speciality: unique linking of experimental design through 

physical processing to completion with tracking – all 

controlled through an integrated database. 

Daten-Tracking mit optionalem Barcode-Leser. 

Integration in LIMS Systeme ist möglich über 

File-Handling (z.B. Excel-, Access-, Text-Dateien). 

Große Auswahl an Zubehör für verschiedene Applikationen. 

Import von csv-Dateien zur Normalisierung und 

zum Durchführen von „Cherry-Picking“ • Methoden- 

Editor zum Erstellen von Methoden am PC • Eine 

große Auswahl an Spezial-Zubehör 


10. Preis (ab…Euro) ab 43.000,- g Price from: 180,000 g Price from: 75,000 g

Tecan Deutschland GmbH 

Theodor-Storm-Str. 17, D-74564 Crailsheim 

Tel.: +49-(0)7951-94170 

Fax: +49-(0)7951-5038 

info.de@tecan.com, www.tecan.de 

Dr. Jürgen Fetzer 

Roche Diagnostics GmbH 

Roche Applied Science 

Sandhofer Str. 116, 68305 Mannheim 

Tel.: +49-(0)621-759 8568, Fax: +49-(0)621-759 4083 

mannheim.biocheminfo@roche.com 

www.roche-applied-science.com/sis/sequencing/genome/ 

1. Firmendaten, Ansprechpartner PerkinElmer LAS (Germany) GmbH 

Ferdinand-Porsche-Ring 17, D-63110 Rodgau 

www.perkinelmer.com 

Ralf Griebel/Frank Schmitt 

ralf.griebel@perkinelmer.com 

frank.schmitt@perkinelmer.com 

2. Produktname JANUS TM Automated Workstation Genome Sequencer 20 System Freedom EVO ® Serie 

Extrem breiter Bereich von Automationslösungen für Probenvorbereitung, Logistik und Assay Automation für Assay 

Development, Primär- und Sekundärscreening, ADMET, zellulläre Assays, Nukleinsäureextraktrion und anderen 

Anwendungen in den Bereichen Drug Discovery, Genomics und Proteomics 

Genomsequenzierung: de novo-Sequenzierung und 

Mapping von Genomen bis zu 50 Megabasen 

Effiziente und modulare Automation der Probenvorbereitung 

für Pharma-, Biotech- und Forschungsanwendungen 

bis hin zur komplexeren Assay-Automatisierung 


Die Freedom EVO-Serie ist eine offene, flexible Liquid Handling- und Robotik-Plattform in vier verschiedenen Größen 

zur flexiblen Konfiguration von Automationslösungen unterschiedlichster Anwendungen. Liquid Handling-Funktionen 

sind mit 2, 4, 8, 96, (Einweg- oder waschbare Stahlnadeln) oder 384 Nadeln durchführbar. Bis zu drei Arme (Liquid 

Handling und Robotik) können in nahezu beliebiger Konfiguration kombiniert werden. Robotikfunktionen bewegen 

Verbrauchsmaterialien (Platten, Röhrchen, Tips, ...) innerhalb, neben, hinter und auch unter die Arbeitsfläche. Beliebige 

Funktionen für Detektion, Identifikation, Waschen, Schütteln, Temperieren, Extrahieren (Magnet oder Vacuum), Inkubieren, 

Zentrifugieren, Cyclen und Lagern optional und individuell konfigurierbar. 

Das Genome Sequencer 20 System revolutioniert die 

Genomsequenzierung. In nur einem 4,5 stündigen 

Lauf können bis zu 20 Megabasen sequenziert werden. 

Die mitgelieferte Software ermöglicht Mapping 

oder de novo Sequenzierung für die Shot Gun-Sequenzierung 

von Genomen bis zu 50 Megabasen. 

Die neue, modulare JANUSTM Automated Workstation. 

bietet neben einer Vielzahl etablierter Protokolle, wie 

z.B. MALDI-Spotting, Protein- und Nukleinsäureextraktionen, 

usw., auch die Umsetzung kundenspezifischer 

Protokolle. 



Die Roboterarme bewegen sich in einem xyz-Koordinatensystem mit einer minimalen Auflösung von 0,1mm. Das Pipettiersystem 

besteht aus einem flüssigkeitsgefüllten Schlauchsystem mit je einem Präzisionsdilutor pro Pipettierkanal 

mit variabler Spritzengröße (250µl bis 5ml) bei einer Auflösung von 3.000 Schritten pro Spritzenhub. Alle für einen 

Automationsablauf notwendigen integrierten Module werden von der EVOware Software kontrolliert. Prozesse werden 

mit demselben Softwarepacket definiert und der Ablauf über das integrierte Scheduling-Modul kontrolliert. 

Die Sequenzierung mit dem Genome Sequencing 20 

System umfaßt folgende Schritte: • Herstellung einer 

DNA Library durch physikalische Fraktionierung 

der genomischen DNA, Anligieren von speziellen 

Adaptoren für die folgende emPCR-Amplifizierung 

und Sequenzierung sowie Bindung einzelner Fragmente 

an spezielle Beads über die o.a. Adaptoren 

• Klonale Amplifizierung der Fragmente in einer 

Emulsions-PCR. •Ladung der Beads in eine spezielle 

PicoTiterPlate mit bis zu 1,6 Millionen Näpfen. 

Sequenzierung über Zweitstrangsynthese. Einbau 

eines Nukleotids führt zu einem Lichtsignal, das via 

eingebauter CCD Kamera aufgezeichnet wird. • 

Anschließend Prozessierung der Daten mit der 

mitgelieferten Software. 

Auf der JANUSTM Automated Workstation kann das 

gesamte Liquid Handling durchgeführt werden. 

Ein optionaler Greifarm kann Mikroplatten, Deckel, 

u.v.m. innerhalb der Pipettierstation und darüber 

hinaus transportieren. Somit können Reader, Washer, 

Inkubatoren, etc. be- und entladen werden. Die Plattenkapazität 

kann jederzeit durch Stacker erweitert 

werden. Optional erhältliche Barcodeleser können 

zur Identifikation der Platten eingesetzt werden, um 

die Nachverfolgung der Proben zu gewährleisten. Die 

WinPREP ® -Software steuert alle Module und ermöglicht 

eine anschauliche Abbildung des automatisierten 

Prozesses. 


Pipettierplatform in vier verschiedenen Größen (Freedom EVO 75, 100, 150 oder 200 mit 75, 100, 150 oder 200 cm Breite) 

mit 2, 4 oder 8 unabhängigen Dosiernadeln (teflonisiert, keramisch beschichtet oder mit Wechselspitzen) und unabhängiger 

Elektronik für Flüssigkeitsdetektion. Dosierung der Pipettiervolumina von 10µl bis 5 ml erfolgt über 2, 4 oder 8 Präzisionsdilutoren 

(Spritzengröße zwischen 250µl und 5ml). Optionales Low Volume Kit für Volumina von 0,2 bis 20µl. Parallele 

Pipettierung mit 96-Kanal-Pipettierkopf in den Volumenbereichen von 1 bis 200µl mit Disposable Tips oder Stahlnadeln, 

mit dem 384 Kanal-Pipettierkopf in dem Volumenbereich von 0,2 bis 50µl. • Die Arbeitsfläche ist mit beliebigen Probenund 

Reagenzienracks frei konfigurierbar. Waschstation und optionales Waschsystem für schnelles, intensives Waschen 

der Pipettiernadeln inclusive Überwachung der Flüssigkeitsbehälter. Optionaler Barcodeleser für volle Identifikation auf 

der Primär- und Sekundärseite. 

Genome Sequencer 20 Instrument inkl. PC und Software 

• Reagenzienkits: GS 20 Library Preparation Kit; 

GS 20 emPCR Kit: GS 20 Sequencing Kits (70 x 75) und 

(40 x 75); GS 20 PicoTiterPlate Kit (70 x 75) und (40 x 

75); GS 20 Maintenance Wash Kit 

In drei Größen lieferbar. Das Gerät kann wahlweise 

als 4- oder 8-Kanal-System, mit der bewährten Versatip 

® -Technologie (wahlweise Tip- oder Nadelbetrieb 

mit dem gleichen Werkzeug), konfiguriert werden. 

Ein optionaler Greifarm und ein 96/384 Pipettierkopf 

mit „Modular Dispense TechnologyTM “ ist innerhalb 

der Workstation erhältlich, um komplexe Assays 

zu automatisieren. Abhängig von der Plattform 

kann das Deck mit bis zu 32 Mikrotestplatten belegt 

werden – erweiterbar durch sog. On-Deck-Hotels 

und Stacker-Systeme. Das einzigartige Deck-Design 

ermöglicht es, alle verfügbaren Deckpositionen nach 

belieben zu temperieren (kühlen/heizen), zu schütteln 

oder zu rühren. Der dynamische Volumenbereich von 

50 nl bis 4 ml ist einzigartig für diese Gerätekategorie. 



modular erweiterbar durch Integration von Modulen für Transport, Inkubation, Lagerung, Temperierung, Extraktion, 

Zentrifugation, Waschen, Schütteln, Dektektion, Thermocycling. Über 75 Treiber für Module von Tecan und anderen 

Herstellern sind verfügbar. 

7. Werkzeuge 

8. Service Weltweit flächendeckendes Servicenetz auf Anfrage 12 Monate Garantie, optionaler Servicevertrag möglich, Deutschlandweit 9 Servicetechniker 

Flexible Pipettier- und Roboterplatform an individuelle Durchsätze und Arbeitsvolumina anpaßbar und auch aufrüstbar. 

Roboterarme verfügbar zur Beladung von Modulen recht, links, hinter und auch unter dem Gerät. Software ist FDA 21 

CFR Part 11-kompatibel. Assay Development und Screening auf Anlagen unterschiedlicher Größe, aber mit gleichen 

Komponenten und gleicher Software möglich. 

Installation und Einarbeitung im Beschaffungspreis 

enthalten 

Sicherheitssysteme, wie überwachte Klappen mit 

sofortiger Unterbrechung des Gerätes bei Betätigung. 

Anschließendes Aufsetzen innerhalb des Protokolls 

möglich. Füllstände aller zu pipettierender Substanzen 

werden überwacht und im Fehlerfalle protokolliert. 

Softwarepaket „21 CFR Part 11“ erhältlich (instrument 

access security, data security & verification, 

audit logs) 



Kontakt zu Verbänden 

S T E L L E N M A R K T 

Stellenanzeige 185x122,5neu 08.09.2005 12:44 Uhr Seite 1 

Tecan ist ein erfolgreiches, börsennotiertes Unternehmen der High-Tech-Industrie mit Entwicklungs- und Produktionsstätten in den USA und in 

Europa sowie einem globalen Netz von Verkaufsgesellschaften. 

Unsere Life Science-, Diagnostik-, Labor, Robotik- und Automationssysteme sind welt-weit marktführend. 

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Laborbereich. Wir setzen die Fähigkeit zu flexiblem, selbständigen Arbeiten, gutes Organisations-talent, Mobilität und die Freude am Umgang 

mit Menschen voraus. 

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NTel. +49-7951-9417-670 D E Fax +49-7951-9417-570 

Theodor-Storm-Straße 17 – D-74564 Crailsheim 

wilfried.bartz@tecan.com – http://www.tecan.de 

Im Jahr 2005 erscheint LABORWELT zweimonatlich. Alle Abonnenten des Branchen-Magazins |transkript sowie die Mitglieder der nachfolgenden 

Gesellschaften erhalten LABORWELT regelmäßig mit freundlicher Empfehlung ihrer Organisationen. Wer sich darüber hinaus für einen Beitritt interessiert, 

erreicht die Gesellschaften unter folgenden Kontaktdaten: 

DECHEMA 

Fachsektion Biotechnologie 

Theodor-Heuss-Allee 25 

D-60486 Frankfurt/Main 

Tel.: +49-(0)-69-7564-289 

Fax: +49-(0)-69-7564-272 

www.dechema.de 

Deutsche Gesell. für Proteomforschung 

c/o MPI für Biochemie 

Am Klopferspitz 18a 

D-82152 Martinsried 

Tel.: +49-(0)-89-8578-3964 

Fax: +49-(0)-89-8578-2802 

c.kleinhammer@dgpf.org 

www.dgpf.org 

Österreichische Gesell. für Biotechnologie 

c/o Boehringer Ingelheim 

Austria GmbH 

Dr. Boehringer-Gasse 5-11 

A-1121 Wien 

Tel.: +43-(0)-1-80105-2311 

Fax: +43-(0)-1-80105-9311 

www.boku.ac.at/oegbt/ 

Verband Deutscher Biologen 

Corneliusstr. 6 

D-80469 München 

Tel.: +49-(0)-89-26024573 

Fax: +49-(0)-89-26024574 

info@vdbiol.de 

www.vdbiol.de 

Deutsche Gesellschaft für Genetik 

c/o Genetisches Institut der 

Universität Gießen 

Heinrich-Buff-Ring 58-62 

D-35392 Gießen 

Tel.: +49-(0)-641-99-35463 

Fax: +49-(0)-641-99-35469 

www.gfgenetik.de 

Gesellschaft für Signaltransduktion 

c/o Prof. Dr. Ralf Hass 

Med. Hochschule Hannover 

AG Biochemie u. Tumorbiol. 

D-30625 Hannover 

Tel.: +49-(0)-511-532-6070 

Fax: +49-(0)-511-532-6071 

www.sigtrans.de 

Nationales Genomforschungsnetz 

c/o DLR – Koblenzerstr. 112 

53177 Bonn-Bad Godesberg 

Tel.: +49-(0)-228-3821-331 

Fax: +49-(0)-228-3821-332 

pm-ngfn@dlr.de 

www.ngfn.de 

Deutsche Gesellschaft für Neurogenetik 

c/o Institut für Humangenetik 

Uni Gießen/Schlangenzahl 14 

35392 Gießen 

Tel.: +49-(0)-641-99-41600 

Fax: +49-(0)-641-99-41609 

www.med.uni-giessen.de 

/genetik/dgng.html 

Netzwerk Nutrigenomforschung 

Arthur-Scheunert-Allee 114 

14558 Bergholz-Rehbrücke 

Tel.: +49-(0)-33200 88 385 

Fax: + 49-(0)-33200 88 398 

verein@nutrigenomik.de 

www.nutrigenomik.de 


S T E L L E N M A R K T 

Akademischer Stellenmarkt 

Veröffentlichen Sie Ihre Stellenanzeigen zielgruppengerecht in unserem akademischen Stellenmarkt, der allen nicht-kommerziellen Instituten für ihre 

Stellenausschreibungen kostenlos zur Verfügung steht. Bitte senden Sie dazu ihre Anzeige (1/4 Seite 90 mm breit x 122,5 mm hoch, Logo – jpg oder tiff, 

300 dpi Auflösung) an schnell@biocom.de. Annahmeschluß für die nächste LABORWELT-Ausgabe 6/05 (Erscheinungstermin 17.11.2005) ist der 4. November. 

International Max Planck Research School 

for Molecular and Cellular Life Sciences 

The International Max Planck Research School for Molecular and Cellular Life 

Sciences in Munich, jointly conducted by the Max Planck Institutes of Biochemistry, 

Neurobiology and Psychiatry in cooperation with the Ludwig Maximilian 

University and the Technical University Munich, has openings for, 

PhD student positions 

in international PhD program “Molecular and Cellular Life Sciences” 

The interdisciplinary program, entirely taught in English, provides comprehensive 

training and research opportunities in molecular medicine, cell biology, 

neurobiology, biochemistry and structural biology. The curriculum includes 

introductory courses, interdisciplinary lecture series, advanced method courses, 

tutorials/seminars and training in soft skills. Participants are expected to graduate 

within 3-4 years. 

Highly qualified candidates with a deep commitment to basic and/or clinical 

research are invited to apply. Deadline for application is January 15, 2006; 

classes will commence in October 2006. 

For online application and further details, please visit our website. 

Contact: 

H.J. Schaeffer, PhD, International Max Planck 

Program Coordinator Research School for Molecular 

phone: 089 8578 2281 and Cellular Life Sciences 

email: info@imprs-ls.mpg.de Am Klopferspitz 18 

web: http://www.imprs-ls.de/ 82152 Martinsried/Munich 

Am Institut für Biochemie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz ist zum 

nächstmöglichen Zeitpunkt die Stelle einer/eines 

zu besetzen. 

Doktoranden/wissenschaftlichen 

Angestellten/in (BAT IIa/2) 

Aufgabenprofil: 

– Mitarbeit an unseren Forschungsprojekten zur Rolle von Lipoproteinen und 

ihren Rezeptoren bei degenerativen und entzündlichen Prozessen 

– Organisation und Betreuung von Projekttagen mit Schulklassen (Nat-Schülerlabor) 

am Institut für Biochemie 

– Mitwirkung an den Lehrveranstaltungen des Grund- und Hauptstudiums 

Biochemie für Biologen und Chemiker sowie des Studienganges „Biomedizinische 

Chemie“ 

Anforderungsprofil: 

– Abgeschlossenes Hochschulstudium der Biologie, Biochemie, Pharmazie 

oder Medizin 

– Erfahrung mit molekulargenetischen und zellbiologischen Arbeiten 

Bewerbung mit Lebenslauf, Lichtbild, kurze Beschreibung der Forschungsinteressen 

und -Erfahrungen richten Sie bitte an: 

Prof. Dr. Claudia Koch-Brandt, 

Institut für Biochemie Johannes Gutenberg-Universität Mainz, 

Becherweg 30, 55099 Mainz, Tel. 06131-39-23830, koch@uni-mainz.de 

Paul-Ehrlich-Institut 

Paul-Ehrlich-Straße 51 - 59, 63225 Langen, Telefon (06103) 77-11 00 

Das Paul-Ehrlich-Institut ist eine wissenschaftliche Einrichtung des Bundes, die 

als Bundesoberbehörde für die Zulassung und Chargenprüfung immunbiologischer 

Arzneimittel zuständig ist und auf den damit verbundenen Gebieten der Lebenswissenschaften 

(z. B. Virologie, Bakteriologie, Allergologie, Immunologie, Hämatologie, 

Medizinische Biotechnologie) Forschung betreibt. 

In der Abteilung „Allergologie“ sind ab sofort im Rahmen des Drittmittel geförderten 

Forschungsvorhabens „Erfassung und Management von unbeabsichtigten Einträgen 

von allergenen Lebensmitteln am Beispiel feiner Backwaren” die Stellen einer/eines 

Wissenschaftlichen Angestellten (Doktorand/in) 

Stellenbewertung: BAT IIa/2 - E 13/2 TVöD für 3 Jahre 

und einer/eines 

Technischen Assistentin / Assistenten 

Stellenbewertung: BAT Vc - E 8 TVöD für 2 Jahre zu besetzen. 

Anforderungsprofil: 

- Abgeschlossenes Studium der Lebensmittelchemie, Chemie, Biologie oder 

Biochemie oder anderer naturwissenschaftlicher Zweige im Bereich der Lebenswissenschaften 

bzw. abgeschlossene Berufsausbildung (CTA, BTA, PTA, MTA) 

- Kenntnisse von immunchemischen und molekularbiologischen Methoden sind 

wünschenswert, aber nicht dringend erforderlich 

- Teamfähigkeit, Offenheit und Leistungsbereitschaft 

Stellenbeschreibung und Aufgabenprofil: 

In der Europäischen Union müssen seit 25. November 2004 bestimmte allergene 

Lebensmittel grundsätzlich gekennzeichnet werden, wenn diese als bewusst 

hinzugefügte Zutaten eines Lebensmittels in Fertigpackungen verwendet werden. 

Über ungewollte Einträge allergener Lebensmittel aufgrund belasteter Rohstoffe oder 

durch so genannten Kreuzkontakt auf gemeinsamen Produktionslinien von industriell 

produzierten Lebensmitteln ist indes wenig bekannt. Am Beispiel von Haselnuss und 

Erdnuss in Feinen Backwaren hat das Projekt zum Ziel, solche ungewollten Einträge 

allergener Lebensmittel zu lokalisieren, zu quantifizieren und Vermeidungsstrategien 

zu entwickeln. Hierfür wird im Technikumsbetrieb und der realen industriellen 

Produktion Art und Ausmaß der Belastung durch Kreuzkontakt/Stäuben untersucht, 

wobei immunchemische Tests wie ELISA und Lateral Flow Devices zum Einsatz 

kommen. Die Entwicklung und Adaption geeigneter sensitiver und spezifischer 

Tests ist somit ein weiterer Schwerpunkt. Die Spezifität der Tests soll mittels zu 

entwickelnder Anwendungen der Real-time PCR überprüft werden. 

Sie arbeiten in einem jungen, kollegialen und interdisziplinären Team mit international 

anerkanntem Ruf auf dem Gebiet der molekularen Allergologie und 

immunchemischen und molekularbiologischen Lebensmittelanalytik. 

Die Eingruppierung erfolgt nach den tariflichen Bestimmungen des Bundesangestelltentarifvertrages 

(BAT) bzw. ab 01.10.2005 nach dem Tarifvertrag für den 

öffentlichen Dienst (TVöD). Auswärtigen Bewerbern ist das Amt bei der Wohnraumbeschaffung 

behilflich. Trennungsgeld und Umzugskosten werden nach den 

gesetzlichen Vorschriften gewährt. 

Schwerbehinderte werden bei gleicher Eignung bevorzugt berücksichtigt. 

Das Paul-Ehrlich-Institut fördert die Gleichstellung von Frauen und Männern und 

ist daher an Bewerbungen von Frau interessiert. 

Fachliche Auskünfte erteilen: 

Prof. Dr. Stefan Vieths (Tel. 06103/77-2400, E-Mail: viest@pei.de) oder 

Dr. Thomas Holzhauser (Tel. 06103/77-5304, E-Mail: holth@pei.de) 

Bewerbungen mit Lebenslauf, Lichtbild und kurzer Darstellung des beruflichen 

Werdegangs sowie Zeugnisabschriften richten Sie bitte bis zum 15. September 

2005 an das Personalreferat des Paul-Ehrlich-Instituts. 


P R O D U K T W E L T 


Neue Filter für biologische Flüssigkeiten 

Die 3M-Tochter Cuno Inc. hat die neuen Zeta 

Plus Maximizer EXT-Filter mit ZA-Material 

vorgestellt. Sie wurden speziell für die Klä- 

rung schwer zu filtrierender biologischer 

Flüssigkeiten entwickelt. Maximizer EXT-Filter 

zeichnen sich durch eine außergewöhnlich 

hohe Lebensdauer sowie gleichzeitig exzel- 


Pipettiersystem für Automatisierungs-Einsteiger 

Mit dem CyBi ® -SmartWell bietet die CyBio 

AG ein präzises 96-Kanal-Pipettiersystem 

für kleine bis mittelgroße Laboratorien an. 

Das Gerät wurde speziell für Automationseinsteiger 

konzipiert und bietet einen hohen 

Bedienkomfort sowie ein ausgezeichnetes 

Preis-Leistungsverhältnis. 

Die Bibliothek mit lauffähigen Testroutinen 

erlaubt neben Proben-, Reagenzien- 

und Mutter-Tochterplatten-Transfers auch 

die vollautomatische Durchführung von 

Probenverdünnungen, Waschroutinen und 

Medienwechseln in Zellkulturplatten. Sämtliche 

Parameter sind so gewählt, daß stets 

optimale Pipettierergebnisse erzielt werden. 

Die Bedienung des Gerätes erfolgt über eine 

graphische Benutzeroberfläche mit der Maus 

und verlangt keinerlei Vorkenntnisse. Es be- 

lenten Schutz nachgeschalteter Membransysteme 

aus. Für kleinere Volumina sind keine 

zusätzlichen Trenntechniken wie Crossflow 

oder Separator nötig. 

Zeta Plus Maximizer EXT ZA ist eine fortschrittliche, 

zweilagige Produktfamilie, die aus 

zwei Medien unterschiedlicher Abscheidung 

besteht und somit die Vorfiltration im Filter 

integriert. Diese Konstruktion führt zu verbessertem 

Gesamtdurchsatz und einer konstanten 

Filtratqualität. In vielen Fällen kann auf 

eine weitere Filtrationsstufe mit dem damit 

verbundenen Aufwand (Arbeit, Investition) 

verzichtet werden. 

Die Filter sind mit Filterflächen von 24 cm 2 

bis 1,84 m 2 verfügbar und können für jede 

Chargengröße eingesetzt werden. 

sitzt drei Plattenpositionen, unterstützt alle 

flachen 96 well-Mikroplatten und kann in den 

meisten gängigen Sicherheitswerkbänken be- 


TrueClone Collection humaner Full-Length cDNA-Klone 

Die Structural Proteomics tragen bedeutend 

zur Aufklärung molekularer Mechanismen 

biologisch und medizinisch relevanter Phänomene 

bei, besonders bei der Suche nach 

neuen Substanzen für die Medikamentenentwicklung. 

OriGenes TrueClone Collection umfaßt 

mehr als 20.000 humane Vollängen-cDNA- 

Klone aus humanen Plasmid-cDNA-Bibliotheken, 

frei von durch PCR-basierte Methoden 

eingeschleppten Sequenzfehlern. Bereits 

in einen pCMV- Expressionsvektor kloniert, 

trieben werden. Die Pipettierkanäle sind mit 

Einwegspitzen ausgestattet, die wahlweise 

gespült oder gewechselt werden können. 

können mehr als 75% der NCBI RefSeq-Datenbank 

– also 65%-80% des vorhergesagten 

menschlichen cDNA-Repertoires – direkt 

für in vivo- und in vitro-Expressionen transformiert 

werden. Eine Abfrage kann über 

die sogenannte „NCBI-Accession Number“, 

Nukleotidsequenz, ein Gene Description 

Keyword oder spezifische Proteindomänen 

erfolgen. Drei Genfamilien sind als Clone- 

Sets verfügbar: das GPCR- (342 Klone), Nuclear 

Hormone Receptor- (mehr als 70 Klone) 

und das Kinase CloneSet (564 Klone). 


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Kennziffer 35 LW 05 · www.biocom.de 

Automatisierungskonzepte 

für die Life Sciences 

Systems.lab ist der neue Geschäftsbereich des 

seit 1987 weltweit aktiven Reutlinger Unternehmens 

Manz Automation AG. 

Bisher wurden vornehmlich Lösungen in 

der Automatisierungstechnik entwickelt. Die 

großen Erfolge, das Know-how im Umgang 

mit komplexen Bauteilen sowie die sehr 

hohe Betriebssicherheit führten zu vielfachen 

Anfragen und Projekten, auch aus dem Life 

Science-Bereich. 

Ein neues Automationskonzept bildet den 

Kern für diese Applikationen – modular, 

flexibel, präzise und mit höchster Zuverlässigkeit. 

Damit sind sowohl Lösungen 

im Laborbereich problemlos möglich, als 

auch Serienfertigungen für OEMs bis hin zu 

komplexen Großanlagen mit individuellen 

Anforderungen. Die Manz Automation AG 

präsentiert das Konzept und Beispiele von 

schnellen Automationslösungen auf der 

Biotechnica 2005. 


Monoklonale Antikörper 

Monoklonale Antiköper von Biohit Diagnostics 

sind ein leistungsfähiges Werkzeug in 

Forschungsbereichen wie der Zellpathologie, 

Neurobiologie und Onkologie, aber auch für 

die Erforschung von Biomarkern für Erkrankungen 

des menschlichen Darmtraktes. 

Die Mausantikörper werden mit Hilfe 

hochdichter membranbasierter Zellkulturverfahren 

hergestellt und mittels Affinitätschromatographie 

aufgereinigt. Sie sind hochspezifisch 

und eignen sich für eine Vielzahl 

von Anwendungsgebieten. 

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Analyse per Röntgenblick 

Shimadzu hat eine neue Serie energiedispersiver 

Röntgenfluoreszenz-Spektrometer (EDX) 

vorgestellt. Die drei Modelle EDX-700HS, 

-800HS und -900HS sind ideale Werkzeuge 

zur zerstörungsfreien Elementanalyse. Als 

kompakte Tischgeräte mit großem Probenraum 

messen sie die verschiedensten Proben 

– ob als Legierung, Pulver, Film, Staub oder 

in flüssiger Form vorliegend. 

Mit einem einfachen Tastendruck lassen sich 

schnell und komfortabel die Elemente bestimmen. 

Die Geräte EDX-700HS und -900HS arbeiten 

im Elementbereich von Natrium ( 11 Na) 

bis Uran ( 92 U), während das EDX-800HS den 

erweiterten Bereich bis zum Kohlenstoff ( 6 C) 

bereitstellt. Die Software erlaubt, Meßbedingungen 

individuell an die Probe anzupassen. 

Aufgrund der kurzen Meßzeit erreicht die 

EDX-Serie einen hohen Probendurchsatz. 


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Messung oxidativer Stabilität 

ESA hat eine neue Methode entwickelt, bei 

der das elektrochemische (EC-)System Coul- 

Array ® als Werkzeug für die Messung der 

oxidativen Stabilität von Verbindungen in der 

Medikamentenforschung genutzt wird. 

Das EC-System simuliert den oxidativen 

Abbau von Verbindungen und führt die 

verschiedensten Oxidationsreaktionen mit 

einzelnen Elektronen für die Vorausberechnung 

der oxidativen Stabilität einer Verbindung 

unter definierten Bedingungen durch. 

Diese Analysen lassen sich für jedes Muster 

innerhalb weniger Sekunden ausführen. 

CoulArray ® ermöglicht es, eine große 

Anzahl von Verbindungen auf ihre relative 

Stabilität zu testen und die gewonnenen Daten 

wesentlich früher und in verschiedenen Bereichen 

der Pharmaforschung zu nutzen. 

P R O D U K T W E L T 


Miniatur-Spritzenpumpe und -Mikroinjektor 

Die ferngesteuerte Spritzenpumpe von Harvard 

Apparatus ist platzsparend und verfügt 

über hohe lineare Druckkräfte, um kleinste 

Volumina hochgenau dosieren zu können. 

Die Nanomite Micro Injector Pump besteht 

aus einem kompakten Kontrollgerät und 

einem separaten Pumpenkopf für Spritzen 

mit bis zu 6 mm Durchmesser und Volumina 

von 0,5 μl bis 1,25 ml. Seine Druckkräfte 

sind speziell für gasdichte Mikrospritzen 

ausgelegt. Die Pumpe bewältigt Pumpraten 

von wenigen Nanolitern pro Stunde bis hin 

zu Mikrolitern pro Minute. 

Zum leichteren Befüllen der Spritzen ist 

das Gerät mit Schnellvor- und -rücklauf 

ausgestattet. Ein separater Fußschalter sowie 


Neue Methode zur quantitativen Proteinbestimmung 

Entelechon hat mit QconCAT eine innovative 

Technologie zur absoluten Quantifizierung 

von Proteinen auf den Markt gebracht, 

die eine genaue Mengenbestimmung von 

Proteinen aus Zellextrakten, Proteomen 

und Subproteomen verschiedener Zielorganismen 

erlaubt. Die Methode bedient sich 

dabei trypsinierter Peptide, die einzelne zu 

untersuchende Proteine des Zielorganismus 

repräsentieren. Für diese Proteine wird eine 

Reihe von Referenzpeptiden in einem künstlichen 

Gen (QconCAT) kodiert und als Peptid- 

Konkatamer isotopenmarkiert in E. coli exprimiert. 

Die künstliche QconCAT-Gensequenz 

wird dabei durch den Gensyntheseanbieter 

Entelechon für den Zielorganismus optimiert 

und synthetisch hergestellt. Es werden passende 

Q-Peptide des zu untersuchenden Pro- 


Neuer 8-Pol-Besselfilter mit DC-Differentialverstärker 

Der neue LPF-8 von Warner Instruments ist 

ein hochwertiger Signaloptimierer der in sich 

einen 8-Pol-Tiefpaß-Besselfilter und einen 

Gleichstromverstärker vereint. Er eignet sich 

für die Signalverarbeitung in biomedizinischen 

und medizinischen Anwendungen, 

aber auch im allgemeinen Laborbetrieb. Besondere 

Funktionsmerkmale des LPF-8 sind 

eine digitale Frequenzanzeige, ein visueller 

Signalabgleich, Signalstörungsanzeigen sowie 

Schreiberausgänge. Da er keinerlei mechanische 

Schalter verwendet, hat er eine außerordentlich 

hohe Langzeitzuverlässigkeit. Die 

zwei serielle RS232-Schnittstellen steuern das 

Gerät an. Deutlich hörbare Endpunkt- und 

Überdruck-Warntöne sowie eine helle Aktivitätsanzeige 

erleichtern die Überwachung 

der Funktion des Geräts. 

teinpools ausgewählt und auf DNA-Ebene 

hintereinandergeschaltet. Zusätzliche N- und 

C-terminale Erweiterungen des künstlichen 

Peptidkonkatamers kodieren Sequenzdaten 

zum Schutz des Konkatamers vor Abbau, 

zur anschließenden Aufreinigung des Proteins 

und zur absoluten Quantifizierung des 

Konkatamers. 

Das Protein kann isotopenmarkiert hergestellt 

werden und direkt als interner Standardmarker 

für die absolute Quantifizierung 

eines Zellpräparates in der Massenspektrometrie 

eingesetzt werden. Alternativ kann 

ein Referenzstamm als indirekter Standard 

– infolge einer absoluten Quantifizierung 

seines gesamten Proteoms – für alle weiteren 

Proteinmengenbestimmungen dieses Zielorganismus 

verwendet werden. 

Abbruchfrequenz wird über einen Drehknopf 

innerhalb zweier Bänder eingegeben. Der 

Frequenzbereich reicht von 0,1 Hz bis 20 kHz 

mit Intervallen von 0,1 Hz bis 10 Hz. Mittels 

eines Bypass-Schalters können gefiltertes und 

ungefiltertes Signal verglichen werden. 

52 | 6. Jahrgang | Nr. 5/2005 LABORWELT 

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Impressum 

LABORWELT (ISSN 1611-0854) 

erscheint zweimonatlich im Verlag der 

BIOCOM AG 

Stralsunder Str. 58-59 

D- 13355 Berlin 

Tel./Fax: 030/264921-0 / 030/264921-11 

eMail: laborwelt@biocom.de 

Internet: www.biocom.de 

Redaktion: 

Dipl.-Biol. Thomas Gabrielczyk 

Tel.: 030/264921-50 

Anzeigenleitung: 

Oliver Schnell 

Tel. 030/264921-45, eMail: schnell@biocom.de 

Leserservice: 

Angelika Werner 

Tel. 030/264921-40 

Bildtechnik und Layout: 

Heiko Fritz 

Graphik-Design: 

Michaela Reblin 

Druck 

Mayer & Söhne, D- 86551 Aichach 

Mitglieder der DECHEMA-Fachsektion 

Biotechnologie, der Österreichischen 

Gesellschaft für Biotechnologie ÖGBT, der 

Gesellschaft für Genetik GfG, der Deutschen 

Gesellschaft für Proteomforschung DGPF, 

des Verbandes Deutscher Biologen 

vdbiol, der Deutschen Gesellschaft für 

Neurogenetik DGNG, der Gesellschaft für 

Signaltransduktion STS, des Vereins zur 

Förderung der Nutrigenomforschung, 

der Biotechnologischen Studenteninitiative 

e.V. (btS) sowie die Wissenschaftler des 

Nationalen Genomforschungsnetzes NGFN 

erhalten die Zeitschrift im Rahmen ihrer 

Mitgliedschaft. 

Für einen regelmäßigen Bezug von 

LABORWELT ist eine kostenlose 

Registrierung unter www.biocom.de oder per 

Fax (siehe Seite 53) erforderlich. 

Namentlich gekennzeichnete Beiträge 

stehen in der inhaltlichen Verantwortung der 

Autoren. Alle Beiträge sind urheberrechtlich 

geschützt. Ohne schriftliche Genehmigung 

der BIOCOM AG darf kein Teil in irgendeiner 

Form reproduziert oder mit elektronischen 

Systemen verarbeitet, vervielfältigt oder 

verbreitet werden. 

© BIOCOM AG, Berlin 

® BIOCOM ist eine geschützte Marke der 

BIOCOM AG, Berlin 

BIOCOM ® AG 

S E R V I C E 

25.-28.09.05: 2. Gemeinsamer Kongreß der 

Deutschen Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie 

und der Vereinigung für Allgemeine und 

Angewandte Mikrobiologie, Göttingen 

Info: Diana Meißner, Intercom Konferenzservice TU Dresden 

GmbH (Tel.: +49-351-4633-6292, Fax: +49-351-6475-6907, 

eMail: dmeissner@intercom-dresden.de) 

26.-28.09.05: Joint Annual Meeting 

Life Sciences 2005, Wien 

Info: Gabriele Waidringer, Department für Medizinische 

Biochemie, Medizinische Universität Wien 

(Tel.: +43-1-4277-61601, Fax: +43-1-4277-9616, 

eMail: gabriele.waidringer@meduniwien.ac.at, 

Web: http://www.ogbm.org/Jahrestagung) 

26.-28.09.05: Motors & Cytoskeleton, Hamburg 

Info: Prof. Dr. E. Mandelkow, MPI for Structural Molecular 

Biology (Tel.: +49-40-8998-2810, Fax: +49-40-897-16822, 

eMail: mand@mpasmb.desy.de, 

Web: www.mpasmb-hamburg.mpg.de/motors2005) 

26.-29.09.05: ICNA – The Infection Control 

Conference, Devon (GB) 

Info: Kate Brearly, Comtec Presentations 

(Tel.: +44-161-301-6857, 

eMail: icna@comtec-presentations.com, 

Web: www.comtec-presentations.com/icna) 

27.-30.09.05: Fighting Infection: Challenges and 

Recent Advancements in Microbiology, Bergen (N) 

Info: Prof. Lars Haarr, University of Bergen 

(Tel.: +47-5558-4507, eMail: lars.haarr@vir.uib.no, 

Web: www.sgm.ac.uk/meetings/NMTGPAGES/SgmBergen.cfm) 

03.-05.10.05: World Vaccine Congress 2005, Lyon (F) 

Info: Nicola Wartnaby, Terrapinn Ltd, London 

(Tel.: +44-20-7827 5991, 

eMail: nicola.wartnaby@terrapinn.com, 

Web: www.LifescienceWorld.com) 

04.-05.10.05: 3. Medizintechnologie-Kongress 

„Successful Development of Medical Devices“, 

Regensburg 

Info: WILDEN AG, Regensburg (Tel.: +49-941-7058-200, 

Fax: +49-941-7058-201, eMail: info@wilden.com, 

Web: www.wilden.de) 

05.-07.10.05: GCB 2005 German Conference on 

Bioinformatics, Hamburg (D) 

Info: Annette Schade, ZBH Center for Bioinformatics, Uni Hamburg 

(Tel.: +49-40-42838-7330, Fax: +49-40-42838-7332, 

eMail: schade@zbh.uni-hamburg.de, Web: www.gcb2005.de) 

06.-07.10.05: Gentechnikrecht: Gefährdungspotentiale, 

Sicherheitsmaßnahmen und Rechtsvorschriften, 

Frankfurt am Main 

Info: DECHEMA e.V., Frankfurt a. M. (Tel.: +49-69-7564-253, 

eMail: kudla@dechema.de, Web: http://kwi.dechema.de) 

06.-07.10.05: HPLC-Basiskurs, Berlin 

Info: Sule Ramzi, Haus der Technik e.V., Essen 

(Tel.: +49-201-1803-345, Fax: +49-201-1803-346, 

eMail: information@hdt-essen.de, Web: www.hdt-essen.de) 

06.10.05: Biotec meets Optics II, Göttingen 

Info: Annette van Ost, BioRegioN GmbH, Hannover 

(Tel.: +49-511-9357-950, Fax: +49-511-9357-963, 

eMail: annette.vanost@bioregion.de, Web: www.bioregion.de) 

07.-12.10.05: 4 th World Congress of Cellular & 

Molecular Biology, Poitiers (F) 

Info: CMB TM/PrGPHy, Poitiers 

(Tel.: +33-5-49-36-63-97, Fax: +33-5-49-45-36-41, 

eMail: info@cmbworldcongress2005.com, 

Web: www.cmbworldcongress2005.com) 

10.10.05: International BCB-Workshop on 

Machine Learning in Bioinformatics, Berlin 

Info: Patricia Béziat , MPI für molekulare Genetik 

(Tel.: +49-30-8413-1716, Fax: +49-30-8413-1671, 

eMail: beziat@molgen.mpg.de, 

Web: www.compdiag.molgen.mpg.de) 

11.-13.10.05: TechnoPharm 2005, Nürnberg 

Info: Claudia Schreglmann, NürnbergMesse GmbH 

(Tel.: +49-911-8606-8280, Fax: +49-911-8606-8281, 

eMail: technopharm@nuernbergmesse.de, 

Web: www.technopharm.de) 

11.10.05: Funktionelle Oberflächen für die 

Medizintechnik – Workshop 

Info: Prof. Dr. Winfried Blau, Europäische 

Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e.V., Dresden 

(Tel.: +49-351-871-8370, Fax: +49-351-871-8431, 

eMail: schmidt@efds.org, Web: www.efds.org) 

12.-13.10.05: Symposium Biokonversion, 

Frankfurt am Main 

Info: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe 

(Tel.: +49-3843-69-30-0, Fax: +49-3843-69-102, 

eMail: info@fnr.de, Web: www.fnr.de/biokonversion) 

13.10.05: 3 rd Text Mining Symposium, Sankt Augustin 

Info: Gisela-Renate Thies, Fraunhofer-Institut SCAI 

(Tel.: +49-2241-14-2769, eMail: Gisela-Renate.Thies@scai. 

fraunhofer.de, Web: www.scai.fhg.de) 

15.-16.10.05: 1 st International Meeting on 

Anchored cAMPSignalling Pathways, Berlin 

Info: Enno Klussmann, Forschungsinstitut für Molekulare 

Pharmakologie, Berlin-Buch (Tel.: +49-30-94793-260, 

eMail: akap2005@fmp-berlin.de, 

Web: www.akap2005.fmp-berlin.de) 

15.-17.10.05: International Symposium on 

Antibody Engineering & Antibody-Based 

Therapeutics, Peking (China) 

Info: Li Zhu/Ken Browne, Beijing Biotech and Pharma Center, 

Chinese Academy of Medical Sciences, Tianjin Hematology 

Institute/Select Biosciences (eMail: kbrowne@selectconfere 

nces.com, Web: www.selectbiosciences.com/conferences) 

17.10.05: Gentechnik und Allergene in Lebensmitteln 

– Herausforderungen bei der Kennzeichnung 

und Rückverfolgbarkeit, Karlsruhe 

Info: Dr. Cornelia Kautt, Forschungszentrum Karlsruhe 

Helmholtz-Gemeinschaft (Tel.: +49-7247-82-4488/4045, 

eMail: dahlke@ftu.fzk.de, Web: www.fortbildung.fzk.de) 

18.-20.10.05: BIOTECHNICA 2005, Hannover 

Info: Andreas Grüber/Oliver Wedekind, Deutsche Messe AG 

(Tel.: +49-511-89-321-28, Fax: +49-511-89-312-18, 

Web: www.biotechnica.de) 

18.10.05: Moderne Methoden der Tierartendifferenzierung, 

der Herkunftsermittlung 

und des Allergennachweises bei Lebensmitteln, 

Karlsruhe 

Info: Dr. Cornelia Kaut, Forschungszentrum Karlsruhe GmbH 

(Tel.: +49-7247-82-4488/4045, eMail: dahlke@ftu.fzk.de, 

Web: www.fortbildung.fzk.de) 

18.10.05: 1. Strategiekonferenz Nanotechnologie, 

München 

Info: Excellence Network NanoBioTechnology, München 

(Tel.: +49-89-2180-1485, Fax: +49-89-2180-5681, 

eMail: info@nanostrategie.de, Web: www.nanostrategie.de) 

20.-21.10.05: 8. Waldner-Fachsymposium 

„Das innovative Labor“, Isny 

Info: Birgit Burger, Waldner Laboreinrichtungen GmbH 

(Tel.: +49-7522-986-285, Fax: +49-7522-986-79285, 

eMail: birgit.burger@waldner.de, Web: http://www.waldner.de) 

24.-26.10.05: Certified GLP-Beauftragter, Basel (CH) 

Info: IIR Deutschland GmbH (Tel.: +49-6196-585-40, 

eMail: anmeldung@iir.de, Web: www.pti-aktuell.de) 

27.10.05: Integrated Biomarkers, Lugano (CH) 

Info: Fundazione Giovanni Lorenzini 

(Tel.: +39-02-2900-6267, Fax: +39-02-2900-7018, 

eMail: biomarkers@lorenzinifoundation.org, 

Web: www.lorenzinifoundation.org) 



3 rd EURIT Conference 2005, Paris, France 

RNAi — the Method to Unravel Gene Function 

Invitation 

Conference program, 10 th October, 2005 

� 9:00 Welcome 

� Part I: 

Standardization of siRNA research 

Dr. Eric Lader, QIAGEN Sciences, USA 

Dr. Nikolaus Machuy, 

MPI Berlin, Germany 

Dr. Francois Natt, 

Novartis A.G., Switzerland 

Dr. Tarif Awad, 

Affymetrix Corporation, USA 

� Part II: Mechanisms of siRNA 

Dr. Gunter Meister, 

MPI Martinsried, Germany 

Dr. Eberhard Krausz, 

MPI Dresden, Germany 

� RIGHT Lecture 

Dr. Olivier Voinnet, 

IBMP, Strasbourg, France 

� Part III: Screening 

Dr. Jeff McKeigan, 

Havard Medical School, USA 

Dr. Xavier Gidrol, 

CEA Génopole Evry, France 

� Part IV: miRNA 

Dr. Annick Harel-Bellan, 

CNRS Paris, France 

Dr. Sébastien Pfeffer, 

Rockefeller University, USA 

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Co-Sponsors: Affymetrix, Xantos Biomedicine. Mediapartner: Laborwelt 

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W W W . Q I A G E N . C O M


Antarctic Phosphatase 

100% heat inactivation in 5 minutes. 

very cool. 

RECOMBINANT AND 100% HEAT LABILE — A BETTER ENZYME THAN SAP AT A BETTER PRICE 

For many years, BAP, CIP and SAP were the 

only options for dephosphorylation protocols. 

Now, New England Biolabs introduces Antarctic 

Phosphatase – a superior reagent that saves 

time because you can ligate without purifying 

vector DNA, and since it's recombinant, you are 

guaranteed the quality and value you've grown 

to expect from New England Biolabs. 

To Order: 

M0289S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,000 units 

M0289L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5,000 units 

Advantages: 

� 100% heat inactivated in 5 minutes 

� ligate without purifying vector DNA 

� recombinant enzyme for unsurpassed 

purity and consistency; no nuclease 

contamination 

� active on DNA, RNA, protein, dNTPs 

and pyrophosphate 

� active on all DNA ends: blunt, 5´ and 3´ 

overhangs 

% Activity Remaining 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

Phosphatase Heat Inactivation 

Antarctic Phosphatase 

Calf Intestinal Phosphatase 

Shrimp Alkaline Phosphatase 

0 2 4 6 8 10 

Time at 65°C (minutes) 

I N T E R N E T- B E S T E L L U N G E N , N E U I G K E I T E N U N D T E C H N I S C H E I N F O R M AT I O N E N . www.neb-online.de 

Ihr zuverlässiger Partner für die Molekularbiologie: 

� New England Biolabs GmbH 

Frankfurt/Main Deutschland Tel. +49/(0)69/305-23140 Fax +49/(0)69/305-23149 email: info@de.neb.com 

N E W 

E N G L A N D 

B I O L A B S 

10 units of each phosphatase 

were incubated under 

recommended reaction 

conditions (including DNA) 

for 30 minutes and then 

heated at 65°C. Remaining 

phosphatase activity was 

measured by p-nitrophenylphosphate 

(pNPP) assay. 

� New England Biolabs Inc. 

Beverly, MA USA 1-800-NEB-LABS Tel. (978) 927-5054 Fax (978) 921-1350 email: info@neb.com internet: www.neb.com the leader in enzyme technology

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