Zeitung Heute : Der Mensch ist entziffert: "Eine große, wässrige Eiweißmaschine"

Bas Kast

"Entschuldigung - ich habe Sie warten lassen", sagt Dietmar Leitner. "Aber meine Kollegin hat mir gerade noch ein Protein gegeben." Der Forscher steht im Türrahmen seines Büros und macht eine einladende Handbewegung. Eine junge Frau huscht an ihm vorbei und verschwindet. Ein Protein gegeben? "Ja", sagt Leitner. "Willkommen in der Proteinstrukturfabrik."

Wir sind im Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) in Berlin-Buch. Hier auf dem Campusgelände befinden sich Teile der "Proteinstrukturfabrik" - eines Projekts, zu dem sich mehrere Berliner Forschungseinrichtungen und Biotech-Unternehmen zusammengeschlossen haben, um ein ehrgeiziges Ziel in Angriff zu nehmen: Die strukturelle Aufklärung des menschlichen Proteoms.

"Das Genom war gestern, heute ist das Proteom", sagt Leitner grinsend. Was aber ist das Proteom? "Proteine sind die Bausteine des Lebens", sagt Leitner. "Es sind die Eiweiße, aus denen unser Körper besteht. Stellen Sie sich selbst einfach als eine große, wässrige Proteinmaschine vor."

Unsere Gene beinhalten zwar die Rezepte, nach denen unser Körper gebaut werden soll. Aber die Gene sind "nur" die Blaupausen für die Proteine.

Im Körper übernehmen Proteine die verschiedensten Funktionen. Als Botenstoffe bringen sie Signale von Zelle zu Zelle. Als Hormone beeinflussen sie unsere Emotionen. Proteine sind die Bausteine für alle unsere Zellen, Organe, für Muskeln und Nerven. "Und das Proteom ist die Gesamtheit all dieser Proteine", sagt Leitner. Wie das Genom die Gesamtheit der Gene eines Lebewesens ist.

Fasziniert starrt der Forscher auf seinen Computermonitor. Es sind nur 20, 30 farbige Flecken zu sehen. "Flecken? Das sind Protonensignale", sagt Leitner. "Hier in der Proteinstrukturfabrik untersuchen wir die Eiweiße unter anderem mit der Kernspinresonanz-Spektroskopie. Sie liefert eine Flut von Daten, ein kompliziertes Puzzle, das zu einer Proteinstruktur zusammengesetzt werden muss."

Unten im Labor stehen die Kernspinspektrometer. Große, weiße, mit flüssigem Helium und Stickstoff gekühlte Behälter, die winzige Signale messen. Mitten in dem Behälter, von außen nicht zu sehen, befindet sich ein kleines Glasröhrchen, gefüllt mit einem Eiweiß. Die Spektrometer ermöglichen die Messung von Abständen zwischen einzelnen Atomen innerhalb des Eiweißes. Das ist möglich, weil die Kerne mancher Atome sich in dem magnetischen Feld des Spektrometers wie Kompassnadeln verhalten - sie zeigen alle in die gleiche Richtung.

Ein starker Impuls von Radiowellen aber bringt die Atome aus ihre Position - wie das schütteln eines Kompasses die Nadel. Die Atome des Eiweißmoleküls kehren nach dem Impuls wieder in ihre alte Position zurück und geben dabei selbst Radiowellen ab. "Mit diesen Messdaten kann man die Positionen aller Atome des Eiweißes berechnen - und damit dessen Struktur", sagt Leitner. Das war es, was ihm seine Kollegin in die Hand gedrückt hatte: die Daten eines Proteins. Aber die Analyse der Daten ist hochkompliziert. "Ein Stockwerk tiefer sitzt einer seit drei Jahren an einem einzigen Protein", sagt Leitner.

Und im Gegensatz zur Entschlüsselung des Genoms ist bei der des Proteoms kein Ende in Sicht. Der Mensch verfügt über rund eine halbe Million verschiedener Proteine. Jedes unserer rund 30 000 Gene ist zwar das Rezept dafür, wie man ein Protein baut. Aber aus einem Gen können gleich mehrere Proteine entstehen: Manchmal werden Teile des Rezeptes einfach weggelassen - schon hat man ein anderes Protein. Oder es werden dem Protein verschiedene chemische Verbindungen angehängt, etwa eine Phospor- oder Zuckergruppe. Auch so entstehen aus einem einzigen Gen unterschiedliche Proteine.

"Das Proteom zu entschlüsseln ist also, um es mal vorsichtig zu formulieren, aufwändiger als die Entzifferung des Genoms", sagt Udo Heinemann vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) in Berlin-Buch. Er ist der Koordinator der Proteinstrukturfabrik. "Wir wüssten nicht einmal, wann wir das Proteom entschlüsselt hätten." Jeder Zelltyp stellt seine eigenen Proteine her und verfügt somit über sein eigenes Proteom. Keiner weiß genau, wie viele Proteine eine Zelle herstellt. Außerdem gibt es über 200 verschiedene Zelltypen. Damit nicht genug, produzieren die Zellen zu unterschiedlichen Entwicklungszeitpunkten verschiedene Proteine. "Das menschliche Proteom" lässt sich bestenfalls annähernd entschlüsseln.

Um den mühsamen Prozess der Entschlüsselung voran zu treiben, hat sich die Proteinstrukturfabrik das Ziel gesetzt, die Schritte der Proteinerforschung, von der Isolierung über die Strukturbestimmung bis hin zur Datenverarbeitung, so weit wie möglich zu automatisieren - deshalb "Fabrik". Das nun zu 95 Prozent entzifferte menschliche Genom ist dabei eine entscheidende Hilfe. "Manche Proteine sind so selten, dass man sie im Körper gar nicht finden kann. Das ist schlimmer als die Suche nach der Stecknadel im Heuhaufen", sagt Heinemann. Mit der Buchstabenfolge unserer Gene kennt man jetzt die Bauanleitungen dieser Eiweiße. Damit lassen sich auch seltene Proteine entdecken.

Gleichzeitig ist gerade die Entschlüsselung der Struktur und Funktion unserer Proteine von entscheidender Bedeutung. "Die meisten Krankheiten, zum Beispiel auch Volkskrankheiten wie Krebs und Alzheimer, hängen direkt mit unseren Proteinen zusammen", sagt Heinemann. Bei Alzheimer etwa bilden sich in den Hirnzellen unlösliche Proteinfragmente, die die Zellen zerstören. Bei BSE ist es ein auf besondere Weise gefaltetes Protein, das das Hirn zerstört.

Defekte Gene können dazu führen, dass ein bestimmtes Protein nicht mehr gebildet wird. Oder plötzlich produziert der Körper viel zu viele Proteine. "Proteine sind die Ansatzpunkte der allermeisten Medikamente", sagt Heinemann. "Bislang kennt man aber nur von etwa 5000 Proteinen die Struktur. Sobald wir mehr Proteine finden, haben wir auch mehr Angriffspunkte für neue Medikamente. Der Aufwand ist groß. Aber er wird sich lohnen."

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