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Gerichtete Evolution zur Synthese künstlicher Proteine

Europäische Forscher reproduzieren im Labor Prozesse der natürlichen Selektion nach der Evolutionstheorie von Darwin. Sie erstellten und durchsuchten Proteinbibliotheken auf der Suche nach neuen Enzymen und Antikörpern, die sich in der Feinchemieindustrie, Pharmazeutik, Verbraucherversorgung und Nahrungs-/Futtermittelindustrie einsetzen lassen.
Gerichtete Evolution zur Synthese künstlicher Proteine
Die so genannte "gerichtete Evolution" dient der biotechnologischen Herstellung von Proteinen bzw. Optimierung von Nukleinsäuren und Proteinen für einen bestimmten Zweck. Dabei wird mittels Zufallsmutagenese der Prozess der natürlichen Selektion imitiert, in dem das Protein "mutiert", um anpassungsfähiger zu werden. Anschließend werden die neuen Moleküle auf ihre Verwendbarkeit geprüft.

Am EU-finanzierten Forschungsprojekt ENEFP (European network on directed evolution of functional proteins) arbeiten Forschergruppen aus Akademie und Industrie mit. Die Laboratorien stellen Experten und hochmoderne Spezialtechnik zur Verfügung wie Methoden der mechanistischen Enzymologie und eine Technologieplattform für Phagendisplay, In-vitro-Kompartimentierung, Ribosomendisplay, selektive Proteinmarkierung und Hochdurchsatz-Screening für Mikrofluidiksysteme.

Das 2012 abgeschlossene vierjährige Projekt forschte an therapeutischen Enzymen, u.a. Betalactamasen für die Antibiotikaforschung, zytosolischen Sulfotransferasen und einer therapeutischen Lipase.

Für die gerichtete Evolution wurden Methoden entwickelte, um die Proteine in gewünschter Weise zu verändern. Verschiedenste hochspezifische Enzyme können dabei weniger spezifische Reaktionen katalysieren, die der neutralen Selektion unterliegen. ENEFP forschte an diesen so genannten promiskuitiven Enzymen, was völlig neue Wege in der Proteinforschung eröffnet.

Derzeitig wird an einem neuen Proteindisplaysystem sowie an einem ratiometrischen Fluoreszenzbiosensor und einem Neurotransmitter (G-Aminobuttersäure) geforscht. Schwerpunkte der Enzymstudien waren die Optimierung einer Lipase zur Expression in anderen Wirtssystemen, die enzymatische Entfernung von Aminogruppen zur Synthese von Aminosäuren sowie die Entwicklung von Esterasen mit höherer Stereoselektivität.

Die Mitglieder von ENEFP konzipierten auch ein umfassendes Fortbildungsprogramm für Nachwuchsforscher. Es beinhaltete experimentelle Methoden, eine Sommerakademie zur Proteinsynthese sowie Vorlesungen und Workshops für Industrie und Unternehmer.

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