Das Forschungsteam um Prof. Dr. Henning Mootz und Doktorand Christoph Humberg von der Universität Münster hat bedeutende Fortschritte im Bereich des Protein-Spleißens erzielt. Diese Studie zielt darauf ab, die Effizienz von Reaktionen im Labor zu verbessern, die für die Herstellung komplexer Proteine von entscheidender Bedeutung sind.
Proteine bestehen aus gefalteten Peptidketten, die aus Aminosäuren gebildet werden und eine Vielzahl von Funktionen im menschlichen Körper erfüllen. Ein zentraler Prozess in der Proteinforschung ist das Protein-Spleißen, bei dem Inteine aus der Peptidkette entfernt werden, um die korrekte Faltung und Funktion der Proteine sicherzustellen. Bei ihrer Forschung identifizierte das Team ein Problem mit gespaltenen Inteinen, das die Reaktionsgeschwindigkeit und Produktivität im Labor herabsetzt.
Herausforderungen der Fehlfaltung
Im Rahmen ihrer Untersuchung stellte die Gruppe fest, dass Proteinfehlfaltungen die Ursache für die Probleme bei der Effizienz waren. Sie entwickelten eine Methode, um diese Fehlfaltungen zu verhindern. Die Forschung zeigt deutlich, dass gespaltene Inteine weitreichende Anwendungen in der Grundlagenforschung sowie in der Biotechnologie haben können. Dies ist besonders relevant für die Synthese von chimären Proteinen, die aus zwei Teilen bestehen, von denen einer in Säugerzellen und der andere chemisch oder aus Bakterienzellen hergestellt wird.
Ein spezifisches Inteins, das dabei untersucht wurde, ist das Aes-Intein. Beide Fragmente des gespaltenen Inteins wurden zwar in Bakterienzellen produziert, aber die Produktivität war gering. Ein großer Teil eines der Fragmente erschien in Form eines inaktiven Proteinaggregats, das spezifische Fehlfaltungen aufwies. Bioinformatische Analysen ermittelten, welche Aminosäuren für diese Fehlfaltung verantwortlich sind und führten damit zur Entwicklung optimierter Punktmutationen im Intein-Fragment.
Fortschritte durch gezielte Mutationen
Durch diese gezielten Mutationen konnte die Bildung der Aggregate nahezu vollständig unterdrückt werden, was die Produktivität des gespaltenen Inteins erheblich steigerte. Diese Fortschritte könnten weitreichende Auswirkungen auf die praktische Anwendung von Protein-Spleißtechniken haben. Laut einem Bericht auf PMC gibt es in den letzten 13 Jahren zunehmende Nutzung von gespaltenen Inteinen in biotechnologischen Anwendungen, insbesondere zur Bildung natürlicher Peptidbindungen.
Trotz dieser Fortschritte stehen viele Biotechnologen vor Einschränkungen, die die breite Anwendbarkeit der Protein-Trans-Spleiß-Technologien behindern. Ein vertieftes Verständnis der Struktur und Funktion von Inteinen ist erforderlich, um diese Technologien weiter zu optimieren. In diesem Zusammenhang beschreibt eine Untersuchung auf PubMed, dass die Anwendung von Proteinsplicing als Werkzeug in der biochemischen Forschung in den letzten 30 Jahren vielseitig ausgeweitet wurde.
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat die Arbeiten des Teams finanziell unterstützt, was die Relevanz der Forschung unterstreicht. Die aus dieser Arbeit resultierenden Erkenntnisse zur Verbesserung der Produktivität gespaltenen Inteins könnten nicht nur zur Verbesserung bestehender Methoden beitragen, sondern auch neue Wege für die Proteinchemie und die Entwicklung therapeutischer Ansätze eröffnen.
