Protein-Forschungsprojekt Den Bauplänen der Evolution auf der Spur

Prof. Birte Höcker koordiniert neuen Forschungsverbund mit Israel. Foto:red

BAYREUTH. Zum 1. Januar 2019 startete an der Universität Bayreuth ein deutsch-israelisches Projekt zur Proteinforschung. Damit wollen die Forscher den molekularen Bauplänen der Evolution auf die Spur kommen. „Die biochemische Forschung wird mit diesem Projekt zu einer Archäologie des Lebens, sagt Birte Höcker, Professorin am Lehrstuhl für Biochemie.

Die Bayreuther Wissenschaftler arbeiten zum einen mit dem Max-Planck-Institut (MPI) für Entwicklungsbiologie in Tübingen zusammen. Zum anderen sind Forschungspartner aus Israel mit an Bord: das Weizmann-Institut in Rehovot sowie die Universitäten Haifa und Tel Aviv. Die Volkswagen-Stiftung fördert das Vorhaben in den nächsten vier Jahren mit 1,5 Millionen Euro.

Birte Höcker wird das Vorhaben an der Universität Bayreuth koordinieren. „Wenn man weiß, wie das Prinzip der Neuverwertung zu neuen Proteinfunktionen geführt hat, lassen sich diese Erkenntnisse auf das gezielte Design funktionaler Proteine und Proteinsysteme anwenden", erklärt die Spezialistin für Protein-Design.

Die neuen biotechnologischen Möglichkeiten würden der Biomedizin oder der Landwirtschaft zugutekommen. Sie könnten sogar das Leben auf der Erde insgesamt verbessern helfen. "Wir freuen uns auf das Vorhaben, insbesondere auf die Kooperation mit unseren israelischen Partnern, die in der Proteinforschung international führend sind“, sagt Höcker.

Schlüsselelemente des Lebens

Seit ihrem Ursprung vor etwa 3,7 Milliarden Jahren sind Proteine die Schlüsselelemente des Lebens. Sie übernehmen im Organismus aller Lebewesen lebenswichtige Funktionen. Sie wirken mit an Stoffwechselvorgängen, Muskelbewegungen, Immunreaktionen und der Fortpflanzung. Alle Proteine bestehen aus miteinander verknüpften Aminosäuren. Diese falten sich in unterschiedlichsten dreidimensionalen Strukturen.

Doch wie haben sich Proteine im Verlauf der Evolution herausgebildet? Die Projektpartner knüpfen an die Erkenntnis an, dass die Natur bei der Entwicklung neuer Proteine schon vorhandene Bausteine wiederverwendet. Diese Proteinsegmente werden in neue Proteine eingebaut und können so ganz neue Aufgaben übernehmen. Die wichtigsten Proteinsegmente heißen Domänen. In den meisten Fällen enthalten sie zwischen 100 und 200 Aminosäuren.

Frühere Stadien der Evolution

Ein Forschungsteam am Lehrstuhl für Biochemie der Universität Bayreuth und am MPI für Entwicklungsbiologie in Tübingen hat nun bei Analysen dieser Zusammensetzungen und Faltungsstrukturen eine faszinierende Entdeckung gemacht, wie die Hochschule mitteilt. Domänen in Proteinen von heute lebenden Organismen enthalten Hinweise darauf, wie sie und kleinere Segmente in früheren Stadien der Evolution verwendet wurden: Genau diese Indizien sollen in dem neuen deutsch-israelischen Verbundprojekt systematisch aufgespürt und ausgewertet werden.

Computersimulationen, die Szenarien der Proteinentwicklung rekonstruieren und vergleichen können, werden dabei die Forschung unterstützen. Die Wissenschaftler wollen damit den Mechanismen auf die Spur kommen, wie die Herausbildung neuer Proteine und Funktionen gesteuert und vorangetrieben wird.

Internationale Spitzenforschung

Die Zusammenarbeit mit israelischen Universitäten sei sehr dynamisch, erläutert Universitätspräsident Prof. Stefan Leible. Die Universität Bayreuth pflege langjährige Beziehungen zu israelischen Forschungseinrichtungen. Diese vielfältigen Kontakte sollen in Zukunft weiter intensiviert werden. Vor allem auf dem Gebiet der Ökologie und Umweltwissenschaften, in der Polymer- und Kolloidforschung, der Chemie, der Physik, den Ingenieurwissenschaften und der Biofabrikation.

"In Israel wird internationale Spitzenforschung betrieben", sagt Leible, "und das in einem kleinen Umfeld, in dem alles dicht beieinander liegt." Aktuell seien vier neue Projekte in der Beantragungsphase. Im vergangenen Jahr erst war eine Delegation aus Bayreuth nach Israel gereist. 

Im Studiengang Philosophy & Economics gibt es ebenfalls Kontakte nach Israel: In der Reihe „Frauen in der Philosophie“ wird Avigail Ferdman aus Jerusalem am Dienstag, 22. Januar, von 16 bis 18 Uhr, FAN C, S 106, sprechen.

Im März werden zwei Workshops zu Energie und Materialien in Jerusalem stattfinden. 15 Bayreuther Wissenschaftler sollen daran teilnehmen. Zu den Partnerinstitutionen in Israel gehört die Hebräische Universität Jerusalem. Forscher der Universitäten Bayreuth und Jerusalem hatten 2017 ein neuartiges Verfahren zur Bekämpfung von Malaria mit dem Wirkstoff Artemisone entwickelt. Die winzigen Polymerfasern sollten auch als Vehikel für andere Wirkstoffe dienen und die Behandlung weiterer Krankheiten unterstützen.

 

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