Forschung zu Corona an der TU : Proteine als Schlüssel zum Verständnis

Baustoffe des Lebens: Bioanalytiker an der TU Berlin sind der 3D-Struktur von SARS-CoV-2 auf der Spur.

Katharina Jung
Manchmal hilft ein Modell aus dem 3D-Drucker, sich die dreidimensionale Struktur vorzustellen – auch im Labor für Bioanalytik.
Manchmal hilft ein Modell aus dem 3D-Drucker, sich die dreidimensionale Struktur vorzustellen – auch im Labor für Bioanalytik.Foto: TU Berlin/ Dominic Simon

Proteine sind für Juri Rappsilber ein Faszinosum: „Proteine sind die Baustoffe des Lebens. Sie haben vielfältigste Funktionen, sie sind verantwortlich für Struktur, Funktion und Regulation zahlloser Vorgänge in Organismen“, so der Professor für Bioanalytik an der TU Berlin.

Manchmal sind Proteine aber auch Türöffner für gefährliche Krankheiten, so wie die Proteine von SARS-CoV-2, dem Coronavirus, das die aktuelle Pandemie auslöste. Die Struktur der 29 Proteine, über die das Virus verfügt, sind der Schlüssel für seine erfolgreiche Ausbreitung.

„Und damit auch der richtige Angriffspunkt für mögliche Medikamente“, so Juri Rappsilber. Die dreidimensionale Struktur vieler dieser Proteine ist jedoch noch unbekannt. Genauso unbekannt, wie die möglichen Bindungsstellen dieser Proteine an menschliche Proteine oder gar die Identität dieser menschlichen Proteine.

Proteine als Türöffner für gefährliche Krankheiten

Bislang existieren vor allem Modelle, die auf Vorhersagen ohne experimentelle Daten basieren. „Mein Team verfügt über eine ganz spezielle Expertise in der Technologie des sogenannten Crosslinkings.

Mit dieser Methode können wir die räumlichen Strukturen innerhalb von Proteinen und vor allem auch zwischen interagierenden Proteinen in Zellen experimentell bestimmen.

Daher ist es für uns selbstverständlich, dass wir an der Erforschung dieses Virus aktiv mitarbeiten wollen“, so der Wissenschaftler, der bereits im März einen entsprechenden Projektantrag stellte und mit einer Ausnahmegenehmigung weiterforscht.

Die Proteine werden aus den Bakterien isoliert

„Wir haben uns die sogenannte cDNA - jener Teil der Erbinformation der Viren, der Proteine kodiert – von vier SARS- CoV-2 Proteinen bestellt“, so Juri Rappsilber. „Diese cDNA bauen wir in E. coli-Bakterien ein.

In Kooperation mit unserem Kollegen Prof. Dr. Peter Neubauer, Leiter des Fachgebiets für Bioverfahrenstechnik, werden mit speziellen Hochdurchsatzverfahren die Bedingungen gefunden, unter denen die Bakterien die entsprechenden Proteine in großer Menge produzieren.

Die Proteine werden aus den Bakterien isoliert, gesäubert und stehen dann in ihrer natürlichen Form für weitere Analysen zur Verfügung. Dazu gehört auch, dass wir sie an Kollegen in der Charité weiterreichen, die dort immunologische Untersuchungen mit den viralen Proteinen durchführen.“

Herzstück der weiteren Analysen im Rappsilber-Labor ist ein Flüssigchromatographie-Massenspektrometer. „Anhand der massenspektrometrischen Daten gewinnen wir Erkenntnisse über die Proteinsequenzen.

3D-Struktur von Proteinen verstehen lernen

Mit Hilfe der Crosslinking-Methode ergänzen wir diese Informationen um 3D-Strukturinformationen der Proteine. Das Besondere dabei: Wir können auch die 3 D-Struktur von interagierenden Proteinen erforschen. So zum Beispiel auch die Bindung von Virus-Proteinen an humane Proteine. Ziel ist es, deren Interaktion zu verstehen“, erklärt der Forscher.

Seine experimentellen Strukturinformationen stellt das Rappsilber-Team über die Plattform zur kritischen Überprüfung von Proteinstrukturvorhersagen (CASP) Wissenschaftlern weltweit zur Verfügung. So können die theoretischen Vorhersagen der Proteinstrukturen anhand gemessener Daten verbessert werden.

„Daran anschließen wird sich eine dritte Stufe: Mit Hilfe einer großen Sammlung von charakterisierten, organischen Substanzen suchen wir gezielt nach Stoffen, die potenziell an der vorher definierten Wirt-Pathogen-Schnittstelle eingreifen und das Kommando der krankheitserregenden, also pathogenen Virus-Proteine über die menschliche Zelle stören könnten.

Daraus könnten sich Ansatzpunkte für neue Medikamente ergeben“, so Juri Rappsilber.