Bay­reu­ther Bio­che­mi­ke­rin erhält hoch­do­tier­te EU-För­de­rung für den Bau von syn­the­ti­schen Motorproteinen

Symbolbild Bildung

Prof. Dr. Bir­te Höcker, Bio­che­mi­ke­rin an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth, ist vom Euro­päi­schen For­schungs­rat (ERC) mit einem ERC Syn­er­gy Grant aus­ge­zeich­net wor­den, einem der ange­se­hen­sten Wis­sen­schafts­prei­se der Euro­päi­schen Uni­on. Gemein­sam mit Prof. Dr. Hei­ner Lin­ke von der Uni­ver­si­tät Lund und Prof. Dr. Paul Cur­mi von der Uni­ver­si­ty of New South Wales in Syd­ney wird sie in den kom­men­den sechs Jah­ren den Funk­ti­ons­wei­sen von Motor­pro­te­inen auf den Grund gehen. Motor­pro­te­ine sind unab­ding­bar für alle zel­lu­lä­ren Pro­zes­se, die den Orga­nis­mus von Men­schen, Tie­ren oder Pflan­zen am Leben hal­ten. Das Pro­jekt wird von der EU in den näch­sten sechs Jah­ren mit rund zehn Mil­lio­nen Euro gefördert.

Motor­pro­te­ine kön­nen che­mi­sche Ener­gie effi­zi­en­ter in Bewe­gungs­en­er­gie umwan­deln als vom Men­schen geschaf­fe­ne Ver­bren­nungs­mo­to­ren. Sie nut­zen die­se Ener­gie für die eige­ne Fort­be­we­gung inner­halb leben­der Zel­len oder für den Trans­port mole­ku­la­rer Sub­stan­zen an ihren Ziel­ort. Trotz zahl­rei­cher bio­che­mi­scher und bio­phy­si­ka­li­scher Stu­di­en lie­gen die Details die­ser Pro­zes­se noch weit­ge­hend im Dun­keln. Das For­schungs­team aus Bay­reuth, Lund und Syd­ney will nun in inter­dis­zi­pli­nä­rer Zusam­men­ar­beit und mit neue­sten For­schungs­tech­no­lo­gien einen grund­le­gend neu­en Anlauf unter­neh­men, um zu einem genau­en wis­sen­schaft­li­chen Ver­ständ­nis der Funk­ti­ons­wei­se von Motor­pro­te­inen zu gelangen.

„Der ERC Syn­er­gy Grant gibt uns jetzt für sechs Jah­re die Frei­heit zu einer ver­tief­ten Grund­la­gen­for­schung, die der­zeit noch völ­lig ergeb­nis­of­fen ist. Wir pla­nen mole­ku­la­re Maschi­nen von Grund auf neu zu bau­en, um ihre Funk­ti­ons­wei­se bes­ser zu ver­ste­hen. Dabei benö­ti­gen wir die kom­bi­nier­te Exper­ti­se auf Gebie­ten der Struk­tur- und Mole­ku­lar­bio­lo­gie, des bio­che­mi­schen Pro­te­in­de­signs und der Ein­zel­mo­le­kül­phy­sik. Wir sind zuver­sicht­lich, dass wir auf die­sem Wege wich­ti­ge Zusam­men­hän­ge und grund­sätz­li­che Prin­zi­pi­en von Motor­pro­te­inen auf­klä­ren kön­nen”, sagt Prof Dr. Bir­te Höcker, die an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth den Lehr­stuhl Bio­che­mie III innehat.

Das Ziel: der Bau eines mole­ku­la­ren Roboters

Das preis­ge­krön­te For­schungs­team wird sich bei sei­nen For­schungs­ar­bei­ten von dem Cre­do des US-ame­ri­ka­ni­schen Phy­sik-Nobel­preis­trä­gers Richard Feyn­man lei­ten las­sen: „Was ich nicht erschaf­fen kann, ver­ste­he ich nicht.” Des­halb geht es in dem tri­la­te­ra­len Ver­bund­pro­jekt dar­um, neue mole­ku­la­re Maschi­nen zu kon­stru­ie­ren – und zwar aus Pro­te­in-Tei­len, die nicht aus ande­ren Motor­pro­te­inen bekannt sind. Durch das Design und die Erpro­bung ver­schie­de­ner modu­la­rer Bau­plä­ne wol­len die Wis­sen­schaft­ler der Funk­ti­ons­wei­se natür­li­cher Motor­pro­te­ine auf die Spur kommen.

Zunächst geht es dabei um den Bau eines „Clocked Wal­kers”, eines Motor­pro­te­ins, das sich – von außen gesteu­ert – prä­zi­se in einer defi­nier­ten Rich­tung fort­be­we­gen kann. Par­al­lel dazu wol­len sie aber noch einen ent­schei­den­den Schritt wei­ter­ge­hen: Das Ziel ist der Ent­wurf und Bau eines auto­no­men Motor­pro­te­ins, das imstan­de ist, die Fort­be­we­gun­gen eigen­stän­dig zu steu­ern. Es han­delt sich hier um einen soge­nann­ten „Auto­no­mous Wal­ker”, der nicht der stän­di­gen Kon­trol­le durch exter­ne Signa­le bedarf. Soll­te der Bau eines sol­chen mole­ku­la­ren Robo­ters gelin­gen, wäre dies ein her­aus­ra­gen­der Erfolg für die syn­the­ti­sche Bio­lo­gie und die noch jun­ge Dis­zi­plin des Nano­en­gi­nee­ring. An die­se Visi­on knüpft der Kurz­na­me „Art­Mo­tor” an, den das For­schung­team sei­nem Pro­jekt gege­ben hat. Er steht für „Arti­fi­cial Motor Pro­te­ins” („künst­li­che Motorproteine”).

„Unse­re For­schungs­er­geb­nis­se sol­len dazu bei­tra­gen, neue und weit­rei­chen­de Per­spek­ti­ven für bio­tech­no­lo­gi­sche Inno­va­tio­nen zu erschlie­ßen. Um ein auto­no­mes Motor­pro­te­in bau­en zu kön­nen, müs­sen wir kom­ple­xe mole­ku­la­re Pro­zes­se ver­ste­hen und hand­ha­ben kön­nen, die in der Pro­te­in­for­schung unter dem Begriff der ‚Allo­ste­rie’ zusam­men­ge­fasst wer­den. Sie stel­len uns noch immer vor unge­klär­te Fra­gen. Falls es gelingt, allo­ste­ri­sche Vor­gän­ge gezielt und syste­ma­tisch zu beein­flus­sen oder sogar zu kon­stru­ie­ren, las­sen sich Visio­nen rea­li­sie­ren, die zur­zeit noch in wei­ter Fer­ne lie­gen – bei­spiels­wei­se der Bau eines Bio­com­pu­ters, Bau­stei­ne für syn­the­ti­sche Zel­len oder Anwen­dun­gen in der mole­ku­la­ren Medi­zin”, sagt Prof. Höcker.

For­schung an den Gren­zen des Wissens

Der ERC Syn­er­gy Grant ist ein For­schungs­preis, mit dem der Euro­päi­sche For­schungs­rat beson­ders avan­cier­te For­schungs­ar­bei­ten klei­ner inter­na­tio­na­ler Teams för­dert. „Die Pro­jek­te sol­len zu Ent­deckun­gen an den Schnitt­stel­len zwi­schen eta­blier­ten Dis­zi­pli­nen und zu sub­stan­ti­el­len Fort­schrit­ten an den Gren­zen des Wis­sens füh­ren.”, heißt es auf der Home­page der Natio­na­len Kon­takt­stel­le zum Euro­päi­schen For­schungs­rat (Euro­pean Rese­arch Coun­cil, ERC), die vom Bun­des­mi­ni­ste­ri­um für Bil­dung und For­schung (BMBF) und der Koope­ra­ti­ons­stel­le EU der Wis­sen­schafts­or­ga­ni­sa­tio­nen (KoWi) betreut wird (https://​www​.eubue​ro​.de/​e​r​c​-​s​y​n​e​r​g​y​.​htm).