Nanoporen imitieren Mutter Natur beim Proteintransport
Niederländische und schweizerische Forscher haben eine biomimetische Nanopore entwickelt, die als eine hochentwickelte Test- und Messplattform dafür gilt, auf welche Art und Weise Proteine den Zellkern einer Zelle erreichen. Die neue Studie liefert den Beweis, wie eine biomimetische Kernpore erzeugt werden kann, mit deren Hilfe die Überwachung des Transports einzelner Proteine durch die Pore möglich ist. Die teilweise von den EU-finanzierten Projekten NANOSCI-EPLUS und READNA unterstützte Studie wurde im Fachjournal Nature Nanotechnology vorgestellt. Biomimetik, auch Bionik genannt, ist das wissenschaftliche Gebiet, in dem man mit vom Menschen erschaffenen Prozessen, Substanzen, Apparaten oder Systemen die Natur nachahmt. In ihrer Forschungsarbeit präsentieren die Wissenschaftler eine künstliche Nanopore, die zusammen mit wichtigen Proteinen den natürlichen Kernporenkomplex imitiert. Diese Innovation ermöglicht eine neue und leistungsfähige Plattform, mit der zu verfolgen ist, wie sich einzelne Proteine bewegen. Die Wissenschaftler der Delft University of Technology (TU Delft, Niederlande) und der Universität Basel (Schweiz) untersuchten, wie sich einzelne Proteine durch die biomimetische Pore bewegen, und entdeckten dabei, dass die Mehrzahl der Proteine nicht hindurch gelangte, während eine Reihe spezieller Proteine sie erfolgreich passierten. Dem Team zufolge funktioniert die biomimetische Pore wie gewünscht - die Forscher können sie nun als Testplattform nutzen, um zu bestimmen, auf welche Weise Arzneimittel in den Kern einer Zelle gelangen. "Menschliche Zellen haben einen Kern, und Proteine und RNA [Ribonukleinsäure] müssen hinein und heraus gelangen", erklärt Professor Cees Dekker, Leiter des Kavli-Instituts für Nanowissenschaften an der TU Delft und Forschungsleiter der Studie. "Dies wird durch kleine Löcher, die sogenannten Kernporenkomplexe, reguliert. Es handelt sich hier um unentbehrliche biologische Poren, die gewissermaßen als Pförtner des Zellkerns fungieren. Sie transportieren Proteine und RNA auf eine höchstselektive Art und Weise in den Zellkern hinein und aus diesem heraus, was bedeutet, dass einige hindurch gelangen, und andere aber eben nicht passieren dürfen", fügt er hinzu. "Viele Debatten befassen sich damit, wie diese faszinierende Selektivität wohl erreicht wird. Da es sehr schwierig ist, hochauflösende Messungen in der komplexen Umgebung einer lebenden Zelle durchzuführen, ist der genaue Mechanismus nur schwer aufzuklären." Nach Professor Dekkers Meinung ist die Biomimetik ein vielversprechender Ansatz zur Untersuchung dieses Kerntransports. Er betont: "Die Fortschritte in der Nanotechnologie ermöglichen es nun, Dinge im Nanometermaßstab zu untersuchen und zu modellieren; hier eröffnet sich der Weg zur Nachahmung biologischer Strukturen auf molekularer Ebene, um sie auf diese Weise sowohl zu erforschen als auch den Erfindungsreichtum von Mutter Natur auszunutzen." Die Gruppe um Dekker erzeugte die biomimetischen Nanoporen durch Anheftung der Proteine an kleine Löcher in einem festen Träger, während der Basler Kollege Dr. Roderick Lim und sein Team die Kernporenproteine durch synthetische Polymere ersetzten. NANOSCI-EPLUS ("Transnational call for collaborative proposals in basic nanoscience research") erhielt innerhalb des ERA-NET Plus "Nanowissenschaften" aus dem Siebten Rahmenprogramm der EU (RP7) Finanzmittel in Höhe von mehr als 6,3 Mio. EUR. Das NANOSCI-EPLUS-Projekt vereint unter der Führung des französischen Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) Experten aus Deutschland, Finnland, Frankreich, Irland, Israel, Italien, den Niederlanden, Österreich, Polen, Portugal, der Slowakei, Spanien und dem Vereinigten Königreich. READNA ("Revolutionary approaches and devices for nucleic acid analysis") wird innerhalb des Themenbereichs "Gesundheit" des RP7 mit Mitteln in Höhe von fast 12 Mio. EUR finanziert und bringt Wirtschafts- und Forschungsexperten aus Dänemark, Deutschland, Frankreich, den Niederlanden, Schweden und dem Vereinigte Königreich zusammen.Weitere Informationen unter: Delft University of Technology: http://home.tudelft.nl/ Nature Nanotechnology: http://www.nature.com/nnano/index.html Projekte unter ERA-NET Plus: http://ec.europa.eu/research/fp7/index_en.cfm?pg=eranet-projects-home Gesundheitsforschung unter dem RP7: http://cordis.europa.eu/fp7/health/
Länder
Schweiz, Niederlande
