Neue Proteinbausteine für die Nanotechnologie
Proteine sind natürliche Polymere, die aus Aminosäureketten aufgebaut sind. Die Vielfalt ihrer Funktionen leitet sich im Wesentlichen aus ihrer 3D-Struktur nach der Synthese ab, die wiederum weitgehend von Peptidsequenzen bestimmt wird. Dass es inzwischen möglich ist, Proteine mit gewünschten Strukturen und Funktionen zu konstruieren, die auch stabil sind, ebnet den Weg für völlig neue nanobiologische Werkzeuge, etwa Plattformen für die Bioerkennung und den Einsatz in der Diagnostik und Umweltanalyse. EU-finanzierte Wissenschaftler entwickelten nun im Rahmen des Projekts "Protein design to generate bio-functional nanostructures" (BIONANOTOOLS) die Grundlage für eine neuartige Nanotechnologie auf Proteinbasis. Die Teammitglieder konzentrierten sich auf die Repeat-Proteine TPR (Tetratricopeptid-Repeats). TPR sind Strukturmotive in einer Vielzahl von Proteinen in den meisten Organismen, von Bakterien bis hin zum Menschen. Ein Motiv besteht aus 3 bis 16 Tandem-Repeats mit spezifischen Aminosäureresten und vermittelt Wechselwirkungen zwischen Proteinen. Ihre thermodynamische Stabilität ist Voraussetzung für den Einsatz in nanobiologischen Plattformen und zumeist von ihrer 3D-Struktur abhängig, die Interaktionen zwischen einzelnen Komponenten beeinflusst. Studien zeigten, dass sich die TPR-Stabilität gezielt durch einfache Änderungen am Design verbessern lässt. Weiterhin wurde demonstriert, dass neben der Stabilität auch die Funktionalität von TPR verbessert werden kann. Diese Repeat-Proteinmodule waren in der Lage, sowohl in vitro als auch in Zellen neue Zielpeptide zu binden. Indem die stabilen und funktionalen Erkennungsmodule auf Oberflächen immobilisiert wurden, konnte BIONANOTOOLS Bioerkennungsplattformen erzeugen. Zudem demonstrierten die Forscher die Möglichkeit, die Selbstorganisation von TPR so zu steuern, dass sich nanostrukturierte Dünnfilme bilden, die vollständig aus Proteinen und nanometrischen Fasern bestehen. Neue Erkenntnisse zu TPR ermöglichten die biotechnologische Verbesserung der Stabilität und Struktur für bestimmte Funktionen. Die Integration dieser Technologie in Dünnfilmsubstrate und Nanofasern ebnet den Weg für die nächste Generation von Nanostrukturen, die sich in der Nanotechnologie, der Biomedizin und vielen anderen Bereichen einsetzen lassen.
Schlüsselbegriffe
Proteine, biologische Erkennung, Proteindesign, biofunktionelle Nanostrukturen, Tetratricopeptid-Repeats, Repeat-Proteine
