Die Protein-Entschlüssler

Seit zehn Jahren erforscht das Zentrum für Innovationskompetenz „HALOmem“ die Struktur und Dynamik von Membranproteinen. Inzwischen erfahren die Wissenschaftler international große Anerkennung im Bereich der Entwicklung medizinischer Wirkstoffe.

Wenn Carla Schmidt von Kommunikationstechniken spricht, meint sie die der Membranproteine. Diese sind für die interzelluläre Kommunikation, für den Transport von Nährstoffen und die Bereitstellung von Energie für die Zellen im menschlichen Körper verantwortlich. „Wir fangen an, ihre Signale zu verstehen“, sagt die Wissenschaftlerin vom Zentrum für Innovationskompetenz (ZIK) „HALOmem – membrane protein structure & dynamics“, das am Charles-Tanford-Proteinzentrum der Martin-Luther-Universität (MLU) Halle-Wittenberg angesiedelt ist. Seit 2006 machen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sich verdient um die Aufklärung von Struktur und Interaktion der Membranproteine mit der sie umgebenden Membran. ZIK-Direktor Milton T. Stubbs betont die Bedeutung explizit dieser Proteine für die Medizin: „Rund 70 Prozent aller Medikamente entfalten ihre Wirkung durch die Beeinflussung von Membranproteinen. Wenn wir mehr über deren räumliche Struktur wissen, können die Wirkstoffe noch zielgerichteter entwickelt werden.“

Kürzlich fand in Halle eine HALOmem-Konferenz anlässlich des zehnjährigen Bestehens des ZIK statt. Aus den USA, Japan, Israel, Finnland, Griechenland, Großbritannien, Russland und aus Deutschland waren vor allem junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gekommen. Ob aus den Bereichen Biochemie, Biologie, Chemie, Physik, Pharmazie, Medizin ... – sie sind gut vernetzt mit den Nachwuchsforschungsgruppen von HALOmem.

HALOmem-Team

HALOmem-Direktor Milton T. Stubbs und sein Stellvertreter Jochen (hinten 2. u. 3. v.l.) mit ihren Nachwuchsgruppenleitern Mikio Tanabe, Kirsten Bacia, Carla Schmidt, Panagiotis Kastritis (v.l.).

PRpetuum GmbH

Kryo-Mikroskop der neuesten Generation

Carla Schmidt leitet die Nachwuchsgruppe „Biophysikalische Charakterisierung medizinisch relevanter Membranproteine“. Mittels Massenspektrometrie untersucht sie Membranproteine, die für die Übertragung von Signalen zwischen  Nervenbahnen wichtig sind. „Wir wissen jetzt, wer mit wem im Grundzustand interagiert. In den nächsten Schritten wollen wir herausfinden, was während der Weiterleitung der Signale an die Synapsen passiert“, sagt die Biochemikerin. Unter anderem gehe es darum, zu entschlüsseln, was bei neurodegenerativen Erkrankungen auf biochemischer Ebene passiert.

Wird die dreidimensionale Architektur der Proteine bis in ihre atomare Auflösung dargestellt, lassen sie sich sogar in ihrem Zusammenspiel mit Enzymen beobachten. Genau das ist die Aufgabe von Panagiotis Kastritis. Er leitet die Nachwuchsgruppe „Kryo-Elektronenmikroskopie von membrangebundenen Protein-Nanomaschinen“. Kastritis ist ein Experte auf dem Gebiet der computerbasierten Strukturbiologie – und ist begeistert vom Kryo-Elektronenmikroskop der neuesten Generation. Das Gerät arbeitet weitgehend automatisch, so dass mehr Proben schneller untersucht werden können. Auch diese jüngste Geräteanschaffung wurde vom BMBF finanziert.

Fachliches Lob für HALOmem

ZIK-Direktor Stubbs ist beeindruckt von den Fachvorträgen seiner jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler; aber auch von denen der Gastredner. Insbesondere nennt er den Vortrag von Robert Tampé, Direktor des Instituts für Biochemie an der Goethe-Universität in Frankfurt/Main. „Er gehört zu den besten Forschern weltweit“, sagt Stubbs und freut sich ganz besonders, dass Tampé in seiner Rede über molekulare Mechanismen der menschlichen Immunität auch anerkennend die Forschungsarbeit am ZIK HALOmem hervorhob. Für Aufsehen hatten die Erkenntnisse des Teams um Mikio Tanabe gesorgt. Es hatte herausgefunden, wie ein Membranprotein aus E.coli-Bakterien funktioniert, das für deren Antibiotikaresistenz verantwortlich ist.

Vom „Sehen“ über das „Verstehen“ sind die nächsten zielführenden Schritte das „Erkennen“ und „Behandeln“ von Krankheiten, an denen Membranproteine beteiligt sind. Wie ein Therapeutikum wirkt, so ZIK-Direktor Stubbs, hänge davon ab, ob das Zielprotein allein oder im Verbund aufritt. In der Charakterisierung von Membranproteinkomplexen sieht er die derzeitige Aufgabe von HALOmem.