Ein Forschungsteam der Universität Münster hat eine langjährige Hürde in der Proteinherstellung überwunden. Unter der Leitung von Proteinchemiker Prof. Dr. Henning Mootz und Doktorand Christoph Humberg vom Institut für Biochemie wurde die Ursache für Probleme bei sogenannten gespaltenen Inteinen identifiziert, die die Effizienz der Proteinproduktion im Labor bisher stark einschränkten. Die Erkenntnisse eröffnen neue Möglichkeiten für die Biotechnologie und biomedizinische Forschung.
Proteine sind essenzielle Bausteine des Lebens und übernehmen zahlreiche Funktionen, von der Stabilisierung von Zellen bis zur Steuerung chemischer Prozesse. Ihre Vielfalt entsteht durch Modifikationen nach der Synthese, wie etwa das Protein-Spleißen. Dabei entfernt ein Intein, ein spezielles Proteinsegment, sich selbst aus der Peptidkette, um die korrekte Struktur des Proteins zu gewährleisten. Gespaltene Inteine, eine besondere Variante, bestehen aus zwei Fragmenten, die separate Proteinteile verbinden können, bevor sie sich selbst entfernen. Diese Eigenschaft macht sie für die Herstellung komplexer Proteine interessant, die mit herkömmlichen Methoden schwer zugänglich sind, etwa chimäre Proteine aus unterschiedlichen Quellen wie Säugerzellen oder chemischer Synthese.
Die Forschung konzentrierte sich auf das Aes-Intein, das durch seine seltene katalytische Eigenschaft vielseitig einsetzbar ist. Im Labor zeigte dieses Intein jedoch oft geringe Produktivität, ein Problem, das auch bei anderen gespaltenen Inteinen bekannt war. Durch den Einsatz chromatographischer und biophysikalischer Analysen entdeckte das Team, dass ein Großteil eines Intein-Fragments in Form inaktiver, fehlgefalteter Proteinaggregate vorlag. Mit bioinformatischen Methoden wurden die dafür verantwortlichen Aminosäuren lokalisiert.
Durch gezielte molekularbiologische Veränderungen, sogenannte Punktmutationen, gelang es den Forschenden, die Fehlfaltungen fast vollständig zu verhindern. Dadurch stieg die Effizienz des Aes-Inteins erheblich an. Diese Lösung könnte die Synthese komplexer Proteine in der Grundlagenforschung und für biotechnologische sowie medizinische Anwendungen revolutionieren, da gespaltene Inteine nun zuverlässiger als Werkzeug eingesetzt werden können.
Die Ergebnisse verdeutlichen das Potenzial der Proteinchemie, neue Wege für die Herstellung maßgeschneiderter Proteine zu ebnen, und unterstreichen die Bedeutung präziser Analysen für den Fortschritt in der Wissenschaft.
