Was ist Protein Engineering?

Protein Engineering ist eine Methode, mit der neue Arten von Proteinen entwickelt werden können. Dieses Gebiet der Wissenschaft ist relativ neu und originelle Wege zur Kombination von Proteinelementen werden weiterhin von Forschern untersucht und entdeckt. Diese Art der Konstruktion ermöglicht die Entwicklung von Materialien mit bestimmten Festigkeiten oder Eigenschaften.

Rationales Design und gerichtete Evolution sind die beiden grundlegenden Ansätze für das Protein-Engineering. Einige Forscher bevorzugen einen Ansatz gegenüber dem anderen, beide Methoden können jedoch zum Entwerfen neuer Proteinstrukturen verwendet werden. Rationales Design beruht auf umfassenden Kenntnissen darüber, wie ein vorhandenes Protein aufgebaut wird. Im Gegensatz dazu verwendet die gerichtete Evolution zufällige Proteinänderungen und kann durchgeführt werden, ohne jedes Detail der Proteinstruktur zu kennen.

Jeder Ansatz zum Protein-Engineering hat sowohl Vor- als auch Nachteile. Rationales Design ermöglicht es Wissenschaftlern, die Struktur eines Proteins auf vorhersehbare Weise zu ändern, und ist ein relativ kostengünstiger Prozess. Diese Technik erfordert von Experten einen detaillierten Strukturentwurf für jedes zu modifizierende Protein, der nicht immer verfügbar ist.

Die gerichtete Evolution Protein Engineering-Methode verwendet Versuch und Irrtum und benötigt keine vollständige Strukturkarte. Diese Methode ist oft zeitaufwändig und teuer, da jede neue Proteinkombination getestet werden muss und nur einige der erzeugten Strukturen für die Verwendung geeignet sind. Trotz der Kosten können Forscher dank gerichteter Evolution häufig auf wertvolle Proteinstrukturkombinationen stoßen, die sonst nicht entdeckt würden.

Das Proteindesign ermöglicht es Wissenschaftlern, einzigartige Materialien herzustellen, die in der Natur nicht vorkommen. Mit dieser Technik haben Forscher beispielsweise fluoreszierendes Protein aus einer Qualle mit einem anderen Protein aus menschlichen Zellen kombiniert. Die resultierende Substanz erzeugt ein grünes Leuchten und kann verfolgt werden, während sie mit lebenden Zellen interagiert. Dies liefert wertvolle Informationen über die Funktionsweise von Proteinen im menschlichen Körper und hilft Forschern bei der Entwicklung neuer Medikamente und Verfahren.

Ein weiteres Beispiel für Protein-Engineering ist die Entwicklung von modifiziertem Insulin. Wissenschaftler haben verschiedene Proteinstrukturen kombiniert, um sowohl schnell als auch langsam wirkende Insulinsubstanzen zu erzeugen. Beide von Menschen gemachten Variationen sind für Personen mit Insulinstörungen wie Diabetes von Nutzen.

Neue Proteine ​​eignen sich auch für industrielle Anwendungen. Produktionsstätten können zum Beispiel gentechnisch hergestellte Proteine ​​verwenden, die gegen bestimmte Chemikalien resistent sind. Experten können die Strukturen starker Proteine ​​zu neuen, ultrastarken Substanzen kombinieren. In Zukunft könnte das Protein-Design ein wichtiger Bestandteil in nahezu allen Bereichen sein.