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03.05.2013

SeleKomM: Die Biotech-Kopie eines Golgi-Apparates

In der Zelle bekommen viele neu entstehende Proteine erst im Golgi-Apparat den letzten Schliff. In diesem Stapel von membranumschlossenen Räumen werden die Proteine modifiziert: Mal wird ein Zucker- oder Fettsäurerest angehängt, mal das Protein phosphoryliert. Da vielen biotechnologisch hergestellten Eiweißmolekülen dieser Feinschliff fehlt, wollen Frank Rosenau aus Ulm und seine Mitstreiter vom Verbundprojekt SeleKomM den Golgi-Apparat nachahmen – in Form eines Bioreaktors. Dafür forschen sie zum Beispiel an technischen Membranen, die anders als biologische Membranen aus Kunststoffen hergestellt werden. 

Die folienartigen Kunststoffmembranen sollen selektiv nur bestimmte Moleküle passieren lassen und so verschiedene Reaktionsräume, sogenannte Kompartimente, voneinander abgrenzen. Der Name SeleKomM steht daher auch für „Selektive Kompartiment-Membran“. Rosenaus Team arbeitet mit zwei weiteren  Arbeitsgruppen der Universität Ulm um Tanja Weil beziehungsweise Kay Gottschalk speziell an der Herstellung dieser robusten Membranfolien. Sie wollen klären, wie sich solche Membranen am besten polymerisieren lassen – und wie die Proteintransportkanäle dabei am einfachsten in der entstehenden Membran eingelagert werden können.  

Um eine Membran für den Transport möglichst vieler Proteine nutzen zu können, haben sich die Forscher ein cleveres Zwei-Komponenten-System ausgedacht. In die fertige Folie werden zunächst nur einheitliche künstliche Membrandisketten, sogenannte Nanodiscs, eingebaut. Über bestimmte Adapter kann dann aber der für die jeweilige Transportaufgabe ausgewählte Kanal dort einfach platziert werden. Die Energie, die die Transportkanäle benötigen, wird über ATP bereitgestellt. Das Wiederaufladen dieser kleinen Energiepakete erfolgt in jedem Kompartiment über ein extra dort eingeschleustes ATP-Ladesystem, welches das Steckenpferd der ebenfalls an SeleKomM beteiligten Forscher um Martin Siemann-Herzberg aus Stuttgart ist.

Um in Zukunft einmal einen Bioreaktor mit vielen nacheinander geschalteten, durch solche technischen Membranen getrennten Kompartimenten bauen zu können, muss vor allem der gerichtete Fluss des zu verändernden Proteins von Anfang bis Ende sichergestellt werden. Darum kümmern sich bei SeleKomM Matthias Franzreb und sein Team aus Karlsruhe. Die Biotechnologen wollen das Zielprotein über Magnetfelder von Kompartiment zu Kompartiment steuern. Dazu erhalten die zu transportierenden Proteine kleine Etiketten. Nach dem Transport über eine Membran erkennen magnetische Nanopartikel die Etiketten und binden an das Zielprotein. „Legt man jetzt ein Magnetfeld an, dann kann man das Zielprotein zur nächsten Membran und somit in den nächsten Reaktionsraum lotsen“, erläutert Rosenau. Eine große Herausforderung gibt es dabei allerdings: „Da das Zielprotein in den jeweiligen Kompartimenten ja auch noch verändert werden soll, darf es nicht zu schnell weitergelotst werden. Hier müssen wir erst die optimale Verweildauer bestimmen – und später natürlich auch technisch verwirklichen.“ (ml)

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