Zellfreie Synthese von natürlichen, modifizierten und artifiziellen Proteinen (Proteinbioreaktor)

Projektleiter: Dr. Wolfgang Stiege, Tel.: +49 30 838 6401, email: stwo@chemie.fu-berlin.de

Mitarbeiter: Michael Gerrits, Angela Schreiber

In diesem Forschungsprojekt sollen in vitro, also im "Reagenzglas" bestimmte natürliche, modifizierte und artifizielle Proteine in präparativem Maßstab hergestellt werden. Für die Synthese werden die sehr effizienten Reaktionen eingesetzt, mit denen lebende prokaryontische und eukaryontische Zellen in ihrem Stoffwechsel normalerweise große Mengen tausender verschiedener Proteine herstellen. Bei der in vitro-Reaktion wird die Synthese durch die Zugabe einer entsprechenden Matritze (mRNA oder DNA) so programmiert, daß nur ein einziges gewünschtes Produkt entsteht. Die wichtigsten Vorteile der zellfreien Proteinbiosynthese gegenüber der in vivo Expression sind: daß ganz gezielt Veränderungen in das Protein in Form anderer natürlicher, isotopenmarkierter und sogar modifizierter Aminosäuren eingebaut werden können, daß keine unerwünschten anderen Stoffwechselprodukte entstehen, daß Proteine hergestellt werden können, deren Synthese in vivo große Schwierigkeiten macht, daß der Weg vom Gen zum Protein sehr kurz ist, daß die Aufreinigung der Produkte weniger aufwendig ist und daß der Einsatz gentechnologischer Methoden umgangen werden kann. Zu den denkbaren Anwendungen gehören zum Beispiel: 1. Herstellung veränderter Proteine mit verbesserten Aktivitäten oder grundsätzlich neuen Eigenschaften und Spezifitäten. 2. Optimierung von enzymatischen Eigenschaften oder Bindungseffizienzen in Kombination mit der SELEX-Methode und der PCR-Technologie (Molekulare Evolution). 3. Aufklärung von Proteinstrukturen und -funktionen, sowie der Proteinfaltungsmechanismen durch den gezielten Einbau isotopenmarkierter Aminosäuren (NMR-Spektroskopie). 4. Immobilisierung von gezielt modifizierten Proteinen für Affinitätschromatographie-Systeme und Biosensoren. 5. schnelle Überprüfen der Produkte von Genabschnitten (Human Genom Projekt). 6. Der technische Einsatz gezielt modifizierter Proteine im Bereich der Bioinformatik. 7. Darüber hinaus wird langfristig der Einsatz des Proteinbioreaktors in der Medizin (Diagnostik und Therapie) vorhergesagt.

Dr. Wolfgang Stiege, stwo@chemie.fu-berlin.de