Bay­reu­ther For­scher wol­len Krank­heits­er­re­ger treff­si­cher aufspüren

Symbolbild Bildung

Ein Pro­te­in-Bau­ka­sten für medi­zi­ni­sche Diagnosen

Neue Mög­lich­kei­ten für die medi­zi­ni­sche For­schung und Dia­gno­stik soll ein von der EU geför­der­tes For­schungs­vor­ha­ben erschlie­ßen, an dem eine For­scher­grup­pe um Prof. Dr. Bir­te Höcker an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth wesent­lich betei­ligt ist. Es geht um die bau­ka­sten­ar­ti­ge Her­stel­lung neu­er Pro­te­ine, die beim geziel­ten Auf­spü­ren von Anti­ge­nen – bei­spiels­wei­se von Krank­heits­er­re­gern – hel­fen und erheb­lich lei­stungs­fä­hi­ger sind als die der­zeit ver­wen­de­ten Antikörper.

Anti­ge­ne sind Fremd­kör­per, die eine Immun­re­ak­ti­on aus­lö­sen. Sobald sie in den Orga­nis­mus ein­ge­drun­gen sind, bil­den sich Anti­kör­per, die che­mi­sche Bin­dun­gen mit den Anti­ge­nen ein­ge­hen und die­se im Ide­al­fall unschäd­lich machen. Anti­kör­per, die von iden­ti­schen Immun­zel­len pro­du­ziert wer­den, wer­den als mono­k­lo­nal bezeich­net. Sie wer­den in der medi­zi­ni­schen For­schung und Dia­gno­stik häu­fig als Detek­to­ren für Infek­tio­nen, zur Früh­erken­nung von Krebs oder bei Schwan­ger­schafts­tests eingesetzt.

For­schungs­ar­bei­ten der letz­ten Jah­re haben jedoch gezeigt, dass die Ver­fah­ren zur Pro­duk­ti­on mono­k­lo­na­ler Anti­kör­per erheb­li­che Nach­tei­le mit sich brin­gen: Bis heu­te wer­den zahl­rei­che Anti­kör­per her­ge­stellt, die auch an Teil­struk­tu­ren ande­rer Anti­ge­ne bin­den kön­nen. Folg­lich sind sie unge­eig­net, um mit Gewiss­heit das Vor­han­den­sein eines bestimm­ten Krank­heits­er­re­gers dia­gno­sti­zie­ren zu kön­nen. Zudem blei­ben die mole­ku­la­ren Struk­tu­ren der her­ge­stell­ten Anti­kör­per im Detail oft­mals undokumentiert.

Hier setzt ein euro­päi­sches For­schungs­vor­ha­ben an, in dem For­scher­grup­pen der Uni­ver­si­tät Bay­reuth, der Aston Uni­ver­si­ty in Bir­ming­ham und der Uni­ver­si­tät Zürich zusam­men­ar­bei­ten. Das neue Pro­jekt mit dem Namen „PRe-ART“ wird sei­tens der Uni­ver­si­tät Bay­reuth von Prof. Dr. Bir­te Höcker am Lehr­stuhl für Bio­che­mie koor­di­niert. Das Ziel ist die Ent­wick­lung neu­ar­ti­ger und zugleich kosten­gün­sti­ger Mole­kü­le, die im Bereich der medi­zi­ni­schen Dia­gno­stik und in der For­schung alle Auf­ga­ben über­neh­men, für die man bis­her mono­k­lo­na­le Anti­kör­per ein­ge­setzt hat. Die­se Mole­kü­le sol­len hin­sicht­lich ihrer Struk­tu­ren voll­stän­dig defi­niert sein und sehr viel ziel­ge­nau­er arbei­ten als die Anti­kör­per. Ins­be­son­de­re sol­len sie das Vor­han­den­sein spe­zi­el­ler Anti­ge­ne abso­lut zuver­läs­sig anzeigen.

Aus­gangs­punkt des Vor­ha­bens sind modu­lar auf­ge­bau­te Pro­te­ine. Jedes Modul eines sol­chen Pro­te­ins ist in der Lage, in einem Anti­gen zwei benach­bar­te Ami­no­säu­ren zu erken­nen und dar­an anzu­docken. Bild­lich gespro­chen: Jedes Pro­te­in­mo­dul ent­hält Schlüs­sel­lö­cher, in wel­che sich ein Abschnitt des Anti­gens mit sei­nen schlüs­sel­ar­ti­gen Bin­dungs­stel­len ein­fügt. Ent­schei­dend ist dabei, dass jedes Anti­gen eine Sequenz dar­stellt, die sich aus einer Viel­zahl sol­cher Abschnit­te zusam­men­setzt. Die For­scher in Bay­reuth, Bir­ming­ham und Zürich wol­len nun eine Viel­zahl unter­schied­li­cher Pro­te­ine her­stel­len, die an bekann­te Anti­gen-Sequen­zen andocken. Geplant ist ein Bau­ka­sten­sy­stem, das es ermög­licht, die­se Pro­te­in­mo­du­le wie Lego­stei­ne zu grö­ße­ren Mole­kü­len zusam­men­zu­set­zen. Es sind die­se grö­ße­ren Pro­te­ine, die eines Tages die bis­her ver­wen­de­ten mono­k­lo­na­len Anti­kör­per erset­zen sollen.

„Mit die­sem Bau­ka­sten­sy­stem wer­den wir von vorn­her­ein wesent­li­che Nach­tei­le ver­mei­den kön­nen, die mit den bis­he­ri­gen indu­stri­el­len Ver­fah­ren zur Anti­kör­per-Her­stel­lung ver­bun­den sind. Die neu­en Pro­te­ine wer­den im Orga­nis­mus wie treff­si­che­re Son­den agie­ren und spe­zi­el­le Anti­ge­ne zuver­läs­sig anzei­gen kön­nen. Sowohl für die For­schung, bei­spiels­wei­se zur Ent­ste­hung von Infek­tio­nen oder All­er­gien, als auch für die medi­zi­ni­sche Dia­gno­stik eröff­nen sich damit völ­lig neue Mög­lich­kei­ten“, erklärt Prof. Dr. Bir­te Höcker und ergänzt: „Seit die­ses Vor­ha­ben im Herbst 2017 gestar­tet ist, haben wir dank der engen Koope­ra­ti­on unse­rer drei For­schungs­grup­pen bereits Fort­schrit­te errei­chen können.“

For­schungs­för­de­rung:

Das neue For­schungs­vor­ha­ben wird von der Euro­päi­schen Uni­on im Rah­men von „Hori­zon 2020“ als ein FET-Open-Pro­jekt (Future and Emer­ging Tech­no­lo­gies) geför­dert. Pro­jek­te die­ser Art zie­len dar­auf ab, hoch­in­no­va­ti­ve und tech­no­lo­gisch anspruchs­vol­le For­schungs­ideen so wei­ter­zu­ent­wickeln, dass nutz­brin­gen­de Anwen­dun­gen in Wirt­schaft und Gesell­schaft in greif­ba­re Nähe rücken. Wei­te­re Infor­ma­tio­nen: www​.ec​.euro​pa​.eu/​p​r​o​g​r​a​m​m​e​s​/​h​o​r​i​z​o​n​2​0​2​0​/​e​n​/​h​2​0​2​0​-​s​e​c​t​i​o​n​/​f​e​t​-​o​pen

Ver­öf­fent­li­chung:

S. Reich, M. Bur­gard, M. Lang­ner, S. Jiang, X. Wang, S. Agar­wal, B. Ding, J. Yu, A. Grei­ner, Poly­mer nano­fib­re com­po­si­te non­wo­vens with metal-like elec­tri­cal con­duc­ti­vi­ty, npj Fle­xi­ble Elec­tro­nics, DOI 10.1038/s41528-017‑0018‑5 (open access).