Molekulare Bewegung als diagnostisches Hilfsmittel
Molekulare Motoren sind Proteinmaschinen in Zellen, die sich mit Hilfe chemischer Energie aus der Hydrolyse von Adenosintriphosphat entlang der Zellskelettfilamente (Filamente, die wie das Skelett der Zelle funktionieren, d. h. sie stützen und ihr ihre Form geben) bewegen. Hierzu gehört die Familie der Myosine, deren Bewegung entlang der Aktinfilamente eine Kontraktion des Skelettmuskels verursacht und die am intrazellulären Transport von Lasten beteiligt ist und eine wichtige Rolle bei der Zellteilung spielt. Die Wissenschaftler des von der EU finanzierten Projekts "Molecular motor-based nanodevices" (MONAD) nutzen diese allgegenwärtigen zellulären Nanomaschinen in Systemen für die Diagnostik, Wirkstoffsuche und medizinische Grundlagenforschung. Aufbauend auf den europäischen Kompetenzen auf dem Gebiet der molekularen Motoren untersucht MONAD das Potenzial für die nahezu sofortige individuelle Diagnose und die Machbarkeit zukünftiger Biosimulationsgeräte. Technische biomolekulare Verfahren ermöglichten eine verbesserte Stabilität der Aktinfilamente im Beisein von Tropomyosin, eine Familie der Muskelproteine, die die Wechselwirkung zwischen Aktin und Myosin reguliert. Außerdem setzten die Wissenschaftler die Optimierung der Entwicklung von Zytoskelettfilameten zur Nachweiszwecken fort. So werden beispielsweise Filamente mit Antikörpern für den Nachweis spezifischer Antigene entwickelt. Desoxyribonukleinsäure (DNA) oder Boten-Ribonukleinsäure (mRNA) werden für die besonders empfindliche Diagnose mit Krankheitsbiomarkern verwendet. Untersuchungen der Nanostrukturen mit eingebetteten molekularen Motoren erleichterten die Optimierung der Motilitätskontrolle an aktiven Oberflächen. Das Team konzentrierte sich auf Anwendungen für die Hochdurchsatz-Wirkstoffsuche bei molekularer Aktivität und setzte die Identifizierung von Motorbindungssstellen fort, die effiziente Aktivatoren der Motorproteine darstellen könnten. Außerdem erarbeitete es verschiedene Versionen eines Instruments zur Wirkstoffentwicklung mit Motilitätsassay (basierend auf einer Aktivierung, die in Bewegung resultiert). Die Forscher untersuchen mathematische Netze, um sie bei der Entwicklung bioinformatischer und Biosimulationsinstrumenten zu nutzen. Beide Netzmodelle wurden mit Mikrotubuli, Aktinfilamenten und Bakterien getestet. Darüber hinaus erarbeitet das Team den Experimentaufbau für die Untersuchung von Motilitätsassays sowie die Bindung von Ziel-DNA oder mRNA für die Entwicklung hochempfindlicher Diagnosehilfsmittel. Zweifellos werden es die diagnostischen Fähigkeiten der von MONAD entwickelten Technologie sein, die die größten Marktwirkungen haben werden, obwohl auch die Wirkstoffsuche für neuromuskuläre Krankheiten und die Biosimulation beträchtlichen Nutzen bringen werden. Außerdem werden die gewonnenen Erkenntnisse dazu beitragen, die Wettbewerbsposition der europäischen Forschung auf dem faszinierenden Gebiet der molekularen Motoren zu festigen.
