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News: Vielseitige Laborassistenten

Bislang schien die Fähigkeit, Proteine nach der Synthese verändern zu können, nur Zellen höherer Lebewesen vorbehalten. Nun haben Forscher einfachen Darmbakterien diese Eigenschaft übertragen  - wodurch sich völlig neue Perspektiven für die Herstellung von medizinisch wirksamen Proteinen eröffnen.
Stoffwechsel und biochemische Reaktionen sind grundsätzlich in allen Organismen vergleichbar. Der genetische Code aller Lebewesen, das heißt von Bakterien, Pflanzen, Pilzen und Tieren, besteht aus demselben Set an Bausteinen. Auch Bakterien übersetzen deshalb menschliche Gene korrekt in die entsprechenden Proteine.

Nach der Synthese des "Rohproteins" hören die Gemeinsamkeiten zwischen Bakterien und höheren Lebewesen, den so genannten Eukaryoten, aber auf, denn diese bearbeiten viele der Rohproteine im Gegensatz zu den Bakterien noch nach. Diese Nachbearbeitung wird in der Fachsprache als "posttranslationale Modifikation" bezeichnet. Das bedeutet, dass die Zellen Rohproteine zurechtschneiden oder biochemisch verändern. Besonders häufig ist die so genannte N-gebundene Verknüpfung von Proteinen mit Zuckerbausteinen. Und genau das können Bakterien nicht, haben Forscher bis vor kurzem vermutet.

Zur Überraschung vieler Wissenschaftler häuften sich jüngst aber Forschungsresultate, wonach es einigen wenigen Bakterienarten gelingt, Rohproteine zu modifizieren. Forscher um Michael Wacker von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich konnten nun zeigen, dass Campylobacter-Bakterien – wie die höheren Lebewesen – Proteine mit N-gebundenen Zuckern ausstatten können. Campylobacter-Bakterien sind jedoch Erreger von Durchfall und für die Forschung und deren biotechnologischer Anwendung eher ungeeignet. Daher bevorzugen Mikrobiologen und Biotechnologen Escherichia coli.

Den Forschern ist es nun gelungen, die Eigenschaft der posttranslationalen Modifikation, das heißt die Übertragung von Zuckerresten auf Proteine, von Campylobacter auf Escherichia coli zu transferieren. Solche Escherichia-coli-Zellen können dadurch ebenfalls Proteine mit N-gebundenen Zuckern herstellen.

Um medizinisch wirksame Proteine in ihrer Wirkung erforschen oder gar als Medikamente einsetzen zu können, braucht man davon größere Mengen. Bisher wurden Proteine, die nur nach posttranslationaler Modifikation funktionsfähig sind, mit Hilfe von tierischen, menschlichen oder Hefe-Zellen hergestellt. Bakterien sind aber grundsätzlich wesentlich genügsamere Produzenten, weshalb sie bei Synthesezwecken bevorzugt werden.

Die Arbeit der Wissenschaftler eröffnet nun die Perspektive, medizinisch wirksame Proteine, zum Beispiel Hormone oder immunologisch wirksame Stoffe, billiger herzustellen zu können. Davon profitieren sowohl die medizinische und biologische Grundlagenforschung wie auch viele Biotechfirmen. Doch bis es soweit ist, wird noch intensive Forschung nötig sein.

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