Metalloproteine im neuen Licht betrachten
Metalle werden nicht nur im Bausektor und in Produkten verwendet, sie spielen auch eine wichtige Rolle für die Gesundheit und das Wohlbefinden des Menschen. „Metalle ermöglichen eine Reihe wichtiger Körperfunktionen“, sagt Ricardo Louro, Forscher am ITQB NOVA, ein interdisziplinäres Institut für Forschung und vertiefende Ausbildung der Universidade Nova in Lissabon. „Ohne Eisen könnte Hämoglobin z. B. keinen Sauerstoff in unser Gewebe transportieren.“ Abgesehen von dieser allgemeinen Erkenntnis ist die Bedeutung von Metallen für die menschliche Gesundheit aber nach wie vor ein Rätsel. „Ein tieferes Verständnis von den Mechanismen von Metallen in Metalloproteinen könnte unsere Fähigkeit zur Verbesserung unseres allgemeinen Wohlbefindens drastisch verändern“, merkt Smilja Todorovic, Forscherin am ITQB NOVA, an. Metalloprotein ist ein Begriff, der alle Proteine wie zum Beispiel Hämoglobin bezeichnet, die einen Metall-Ionen-Kofaktor beinhalten. Viele Proteine, bis zu 40 % in jedem Organismus, fallen unter diese Kategorie. Mit der Unterstützung durch das EU-finanzierte Projekt TIMB3 verwenden Louro, Todorovic und das Team des ITQB NOVA Biospektroskopie für bahnbrechende Forschung an Metalloproteinen – Forschung, die ein neues Licht auf die biologische Bedeutung von Metallen werfen könnte.
Ein neues Kompetenzzentrum für die biospektroskopiebasierte Forschung
Das Ziel des TIMB3-Projekts war die Profilierung des ITQB NOVA als Kompetenzzentrum für biospektroskopiebasierte Forschung durch Erweiterung der Kenntnisse über die biologischen Prozesse. „Das Projekt zielte auf die Ausbildung unseres Personals und unserer Forschenden in der Verwendung erweiterter spektroskopischer Methoden für die Untersuchung der molekularen und mechanistischen Aspekte von biologischen Phänomenen ab, darunter Proteine, die die grundlegendsten zellulären Prozesse durchführen“, erklärt Louro. Das Projekt wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut CIRMMP in Florenz und der Technischen Universität Berlin durchgeführt, die ihre Fachkompetenz im Bereich der Hochfrequenz- und Schwingungsspektroskopie mittels Schulungsaktivitäten und gemeinsamen Forschungsprojekten einbrachten.
Ein Konzeptnachweis für einen enzymbasierten Biosensor
Das Projekt erhöhte nicht nur die biospektroskopische Kapazität von ITQB NOVA, es führte auch zu mehreren wichtigen Ergebnissen. Das Team entwickelte z. B. neue Methoden für die Nutzung von Kernspintomographie zur Analyse der Struktur von Metalloproteinen. Die Forschenden erweiterten zudem das wissenschaftliche Verständnis der kurzlebigen Zwischenspezies, die aus der Reaktion zwischen Metalloenzymen und ihren Substraten gebildet werden. Der vielleicht wichtigste Ergebnis war ein Konzeptnachweise für die Entwicklung eines enzymbasierten Biosensors für die Detektion und Quantifizierung von Wasserstoffperoxid – ein Ergebnis, das laut Todorovic wesentliche Auswirkungen auf die Biomedizin und die Industrien für Arzneimittel, Textilien, Papier, Lebensmittel und chemische Erzeugnisse haben wird. „Auf der einen Seite wird dieses Molekül für Aufhellungs- oder Sterilisierungszwecke verwendet, wo seine Menge im großen Maßstab kontrolliert werden soll“, erklärt sie. „Auf der anderen Seite, in der Medizin, spielt es die Rollen eines oxidativen Stressmarkers für Alterung und Krankheit und eines Abwehragens in Reaktion auf eine Pathogeninvasion, wo wir es in sehr geringen Mengen bestimmen möchten.“
Ein angestrebter Partner für die Biospektroskopie
Obgleich das TIMB3-Projekt abgeschlossen wurde, sind seine Ergebnisse und Arbeitsleistungen nach wie vor von Bedeutung. Das ITQB NOVA ist jetzt u. a. ein angestrebter Partner für europäische Projekte im Bereich der Biospektroskopie. Das neu ausgebildete Personal wird derzeit in mehrere gemeinsame Forschungsvorhaben einbezogen, darunter die Projekte ConCO2rde und COST. „Das ITQB NOVA profitiert von einer Reihe ausgebildeter Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler, die überaus motiviert sind, das Gebiet der Biospektroskopie auf neue Systeme und auf die Bewältigung neuer wissenschaftlicher Herausforderungen zu erweitern“, lautet das Fazit von Louro.
Schlüsselbegriffe
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