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ePaper created 2013-09-23, 14:05:17 | version 1.25.20
8 0 PHARMAZIE SYNTHETISCHE PROTEINE IN HUMANPATHOGENEN PILZEN Dipl.-Biol. Silke Palzer, Dr. rer. nat. Kai Sohn Virulenzfaktoren bestimmen die Pathogenität In den letzten Jahren ist die Anzahl an Erkrankungen durch humanpathogene Pilze stetig gestiegen. Aufgrund ihrer ho- hen Morbidität und Mortalität sind sie zu einem ernsten Pro- blem im Gesundheitswesen geworden. Vor allem schwerwie- gende Krankheitsverläufe wie systemische Mykosen, die den gesamten Körper betreffen, sowie entstehende Resistenzen bereiten Probleme in der Behandlung. Häufigster Auslöser systemischer Mykosen im Menschen ist der humanpathoge- ne Pilz Candida albicans, der bei supprimiertem Immunstatus des Wirtes, beispielsweise in Folge von Operationen, Chemo- therapien oder krankheitsbedingt, schwere Infektionsverläu- fe auslösen kann. Candida albicans verfügt über eine Vielzahl von Mechanismen, die zur Pathogenität führen. Vermittelt werden diese Mechanismen durch Virulenzfaktoren, Proteine mit unterschiedlichsten Funktionen in der Zelle. Virulenzfakto- ren sind essenziell für die Pathogenität, insofern bieten sie ein vielversprechendes Ziel für die Entwicklung von Therapeutika. Voraussetzung dafür ist jedoch ein fundiertes Wissen über die molekularen Eigenschaften und physiologischen Interaktions- netzwerke der Proteine in der Zelle. Da insbesondere für Can- dida albicans Techniken fehlen, um die Interaktionsnetzwerke von Proteinen in vivo zu analysieren, wurde am Fraunhofer IGB eine neue Methodik zur Analyse von Protein-Protein-Inter- aktionen mithilfe synthetischer Aminosäuren entwickelt. Analyse der Proteininteraktion mit synthetischen Proteinen Dabei wird das zu analysierende Protein in nur einem Bau- stein, also einer Aminosäure, modifiziert und anstelle einer natürlichen wird an dieser Position eine artifizielle Amino- säure integriert. Diese kann dem Protein neue physikalisch- chemische Eigenschaften verleihen. Artifizielle Aminosäuren entstammen dem Forschungsfeld der synthetischen Biologie, bislang sind schon über 300 artifizielle Aminosäuren verfüg- bar. Die synthetischen Aminosäuren ermöglichen Forschern ein breites Spektrum an Einsatzmöglichkeiten, so dass Pro- teine beispielsweise leichter analysiert werden können oder neuartige Eigenschaften erhalten. Für die Studie von moleku- laren Interaktionen bietet sich die unnatürliche Aminosäure p-Azidophenylalanin an, ein Derivat der natürlichen Amino- säure Phenylalanin (Abb. 2). Die nicht natürlich in Proteinen vorkommende Azido-Gruppe kann durch Anregung mit UV- Licht aktiviert werden und dadurch eine stabile kovalente Bin- dung mit Molekülen in der Umgebung eingehen. Findet in der Zelle eine Interaktion des modifizierten synthetischen Proteins mit einem anderen Protein statt, kann diese Interaktion unter physiologischen Bedingungen durch Kreuzvernetzung fixiert werden und ist stabil für die weitere Aufreinigung und Identi- fizierung des Interaktionspartners. Erweiterter genetischer Code Um in vivo Interaktionsstudien durchführen zu können, muss die artifizielle Aminosäure zunächst in Proteine integriert wer- den. Dies wird durch eine Methodik der synthetischen Bio- logie ermöglicht, dem sogenannten erweiterten genetischen Code. Die artifizielle Aminosäure kann durch spezielle Bio- moleküle, tRNAs und tRNA-Synthetasen, direkt während der Proteinsynthese positionsspezifisch und mit bislang unerreich- ter Effizienz in das Zielprotein eingebaut werden. 1 2 N3 COOHH2N