An nahezu allen biochemischen Prozessen in Lebewesen haben Proteine einen wesentlichen Anteil. Mittels einer künstlichen Evolution im Reagenzglas ist es zwei Forschern jetzt gelungen, in der Natur unbekannte und dennoch funktionstüchtige Proteine herzustellen. Einige dieser Proteine erfüllen die gleichen Aufgaben wie ihre natürlichen Gegenstücke, sind aber vollkommen andersartig aufgebaut. Das berichtet das Fachmagazin Nature in seiner Online-Ausgabe.
Das Design künstlicher Proteine ähnelt der Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Proteine sind Ketten von aneinandergereihten Aminosäuren. Da es 20 verschiedene Aminosäuren gibt, steigt bereits bei kurzen Proteinen die Anzahl der möglichen Kombinationen ins Unermessliche. Anthony Keefe und Jack Szostak vom Massachusetts General Hospital in Boston haben ein Verfahren entwickelt, mit dessen Hilfe sie aus einer riesigen Anzahl von Proteinen diejenigen ausfindig machen können, die eine bestimmte biochemische Funktion optimal erfüllen.
Ihre Idee: Mittels eines der natürlichen Evolution nachempfundenen Selektionsprozesses werden die ungeeigneten Proteine aussortiert. Dazu müssen die Proteine zunächst einmal “Nachkommen” bekommen. Proteine können sich jedoch nicht selbst reproduzieren, denn die Gene, die die Information zur Produktion von Proteinen enthalten, sind Teilbereiche des DNA-Moleküls. Dieses gibt die Erbinformation an die RNA weiter, die schließlich die Proteine aufbaut.
Den beiden Forschern ist es nun gelungen, jeweils ein RNA-Molekül mit dem von ihm aufgebauten Protein zu einer Moleküleinheit zu verbinden. Diese Einheiten sind autark: Sie erfüllen die Aufgabe des Proteins, und sie enthalten die Information zur Reproduktion des Proteins.
Keefe und Szostak starteten ihren Selektionsprozess mit sechs Billiarden verschiedenen Proteinen, die jeweils aus 80 Aminosäuren bestanden. Das Selektionskriterium war, wie gut sich die Proteine mit dem für die Energiespeicherung in Zellen zuständigen ATP-Molekül verbinden. Die “Verlierer” wurden ausgewaschen, die übriggebliebenen wurden in einem speziellen Verfahren kopiert. “Kopierfehler” waren dabei ausdrücklich erwünscht, damit die Nachkommen sich ein wenig von ihren Eltern unterschieden.
Nach acht Selektionsrunden hatten sich die Nachkommen von vier Protein-RNA-Einheiten durchgesetzt. Sie verbanden sich auf vollkommen unterschiedliche Weise mit ATP. Keine dieser Verbindungsarten war bisher in der Natur beobachtet worden.
“Dieses Verfahren entfernt die letzte Schranke, die uns vom Zugriff auf das unerschlossene Potenzial möglicher Proteinsequenzen abgehalten hat”, sagt dazu der Molekularbiologe Ronald Breaker von der Yale-Universität. “Wir werden es in der Medizin und Biotechnologie nutzen.”
Axel Tillemans
