Wochenrückblick KW 49
Zwergenwuchs und frühes Altern durch mutiertes Schutzgen ausgelöst
Ein internationales Team unter Federführung von Kölner Forschern ist den Ursachen der angeborenen Entwicklungsstörung namens Seckel-Syndrom auf die Spur gekommen.
Die Humangenetiker um Bernd Wollnik berichten im Fachjournal Nature Genetics (Dezember 2010, Online-Vorabveröffentlichung).
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Das Seckel-Syndrom ist ein seltene, angeborene Fehlbildung. Patienten zeigen unter anderem einen von Geburt an bestehenden Kleinwuchs, eine kleine Kopfform und typische Gesichtsauffälligkeiten. Zudem treten bei einigen der Patienten sehr frühzeitig so genannte altersabhängige Erkrankungen auf. Das Team um Bernd Wollnik hat nun das Erbgut von Seckel-Syndrom-Patienten nach Veränderungen abgesucht, um das krankheitsverursachende Gen zu entschlüsseln. Im CEP152-Gen wurden die Forscher fündig. Zellen der Patienten zeigten eine erhöhte genomische Instabilität. In weiteren Analysen konnten die Forscher nachweisen, dass das CEP152-Protein eine Doppelrolle in Zellen besitzt: So ist CEP152 zum einen als Protein an wichtigen Vorgängen der Zellteilung beteiligt. Gleichzeitig spielt es eine wichtige Rolle bei der Aktivierung von Schutzmechanismen nach DNA-Schädigungen.
Der kontinuierliche Schutz der Erbsubstanz (DNA) vor möglichen Schäden ist eine wichtige Voraussetzung für das Überleben und die Funktion menschlicher Zellen. Schutzeiweiße wie das CEP152-Eiweiß erkennen DNA-Schäden und können ihre Reparatur einleiten, oder aber, wenn dies nicht gelingt, den programmierten Zelltod auslösen. Funktionelle Störungen dieser Schutzmechanismen führen zu einem instabilen Erbgut und zur Anhäufung von DNA-Schäden. Dadurch sind sie maßgeblich an der Entstehung von Krebs und dem Auftreten altersabhängiger Erkrankungen beteiligt. Die Erkenntnisse der Kölner Forscher können zu einem besseren Verständnis der Ursachen von altersabhängigen Erkrankungen führen. Künftige Forschungsprojekte sollen nun die zugrunde liegenden Mechanismen im Detail aufklären.
Die wichtigsten Nachrichten aus der Biotech-Branche
- Eiweiß-Recycling in Zellen vorübergehend ausbremst
- Leuna: Spatenstich für das Fraunhofer Bioraffinerie-Zentrum
- Immunsystem des Huhns raffinierter als angenommen
- Helmholtz-Enterprise-Fonds: Anschubfinanzierung für Biotech-Ausgründung
- Genom eines Mais-Pilzes entziffert
Eiweiß-Recycling in Zellen vorübergehend ausbremst
Münchener Biochemiker haben aufgeklärt, wie sich die Arbeit von zellulären Eiweiß-Recycling-Anlagen vorübergehend lahmlegen lässt.
Wie die Forscher in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie (2010, Online-Vorabveröffentlichung) berichten, liefert ihr Verfahren den Schlüssel für nebenwirkungsarme Medikamente zur Behandlung von Krebs. Auch könnte man so die gefürchtete Abstoßung von Organen nach einer Transplantation besser in den Griff bekommen. Das Proteasom ist ein großer Eiweißkomplex, der nicht mehr benötigte und fehlerhafte Eiweiße wie eine Recyclinganlage abbaut und der Wiederverwertung zuführt. Funktioniert es nicht mehr richtig, erstickt die Zelle im Proteinmüll und stirbt ab. Deshalb gilt das Proteasom als möglicher Hebel für die Krebsbekämpfung.
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Es sind bereits erste Proteasom-Blocker auf dem Markt. Ihr Nachteil: Diese Wirkstoffe blockieren auch andere wichtige Eiweiße und verursachen so schwere Nebenwirkungen. Eine Variante des Proteasoms, das Immuno-Proteasom, spielt bei Immunreaktionen eine wichtige Rolle. Nach Organtransplantationen sind diese Proteasomen mit für eine gefürchtete Abstoßungsreaktion verantwortlich. Ließe sich das Immuno-Proteasom vorübergehend ausbremsen, wäre die Abstoßungsreaktion vielleicht in den Griff zu kriegen. Forscher um Michael Groll vom Department Chemie der Technischen Universität München haben bereits zwei Proteasomblocker namens Carfilzomb und Salinosporamid A entwickelt, die in zwei Schritten die Arbeit der zellulären Recycling-Anlagen stoppen.
Der Trick: Wie ein Schlüssel passen die kleinen Moleküle in ein Schloss am Proteasom. Doch auf das Andocken an die Bindungsstelle folgt eine irreversible Ringbildung, und der Schlüssel kann nicht mehr herausgezogen werden. Durch Moleküldesign konnten die Wissenschaftler um Groll nun eine umkehrbare Ringbildung erreichen. So lässt sich der Schlüssel wieder aus dem Schloss entfernen und das Proteasom kann seine Arbeit wieder aufnehmen. Röntgenstrukturanalysen bestätigten die Annahmen der Forscher. „Der hier gezeigte, reversible zweistufige Bindungsmechanismus ist einzigartig für das Proteasom,“ sagt Michael Groll. „Dies erklärt die hohe Selektivität und lässt vergleichsweise geringe Nebenwirkungen erwarten. Mit der reversiblen Reaktion öffnet sich uns nun ein viel weiteres Einsatzfeld. Nun können wir diese Verbindungen auch in Richtung von Immunsuppressiva weiter entwickeln.“
Die wichtigsten Nachrichten aus der Biotech-Branche
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- Leuna: Spatenstich für das Fraunhofer Bioraffinerie-Zentrum
- Immunsystem des Huhns raffinierter als angenommen
- Helmholtz-Enterprise-Fonds: Anschubfinanzierung für Biotech-Ausgründung
- Genom eines Mais-Pilzes entziffert
Leuna: Spatenstich für das Fraunhofer Bioraffinerie-Zentrum
Mit einem feierlichen Spatenstich sind am 8. Dezember 2010 die Bauarbeiten für das Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse (CBP) am Chemiestandort Leuna gestartet.
Auf mehr als 2000 Quadratmetern sollen ab Sommer 2012 Anlagen entstehen, mit denen Partner aus Forschung und Industrie die stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe im technischen Maßstab bis zu marktreifen Produkten entwickeln können.
„Das neue Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP schließt die Lücke zwischen Labor und industrieller Umsetzung bei der Nutzung nachwachsender Rohstoffe, verknüpft Chemie und Biotechnologie und ist damit ein wichtiger Schritt auf dem Weg hin zu einer Bioökonomie“, sagte Thomas Hirth, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart.
Erst kürzlich hatte die Bundesregierung ihre nationale Forschungsstrategie zur Bioökonomie vorgestellt und 2,4 Milliarden Euro zur Verfügung gestellt (mehr...).
Das Fraunhofer CBP ist im April 2009 als Gemeinschaftsprojekt von Bund, Wissenschaft und dem Land Sachsen-Anhalt gestartet (mehr...). Betrieben und errichtet wird es gemeinsam von den Fraunhofer-Instituten für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB sowie für Chemische Technologie ICT.
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Förderung: Bioraffinerie in Leuna: Startschuss für Pilotphase Förderung: 50 Millionen Euro für Bioprozess-Zentrum in Leuna |
In das Kernprojekt werden 45,3 Millionen Euro investiert (mehr...). Davon stellt das Land Sachsen-Anhalt 20,1 Millionen Euro zur Verfügung sowie die Anschubfinanzierung der Projektgruppe. Die Fraunhofer-Gesellschaft übernimmt 11,6 Millionen Euro aus der Grundfinanzierung des Bundes. Auch Projektfördermittel der Bundesministeriums für Bildung und Forschung sowie des Bundeslandwirtschaftsministeriums fließen in die technische Ausstattung. Das Bundesministerium für Umwelt beteiligt sich über die Förderung von Forschungsprojekten. Für den Neubau am Chemiestandort Leuna sind 11,5 Millionen Euro für das Gebäude und 33,8 Millionen Euro für die technische Erstausstattung vorgesehen. Nach der Aufbauphase werden etwa 20 Mitarbeiter am Fraunhofer CBP tätig sein.
Die wichtigsten Nachrichten aus der Biotech-Branche
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- Genom eines Mais-Pilzes entziffert
Immunsystem des Huhns raffinierter als angenommen
Das Immunsystem von Hühnern ist vielfältiger gestaltet als angenommen: Berliner Forscher haben ein Protein aufgespürt, das die Möglichkeiten der körpereigenen Abwehr der Vögel deutlich erweitert.
Ein gemeinsames Merkmal des Immunsystems aller Wirbeltiere bildet der Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC). Der MHC produziert eine Gruppe von Molekülen, die für die Unterscheidung zwischen körperfremden und körpereigenen Stoffen zuständig sind.
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Menschen: Berit Jungnickel - In der Blackbox des Immunsystems biotechnologie.tv: 58. Folge |
Sie haben die Aufgabe, dem Immunsystem fremdes Eiweiß (zum Beispiel von Viren oder Bakterien), das in eine Körperzelle eingedrungen ist, zu „melden“. Das Fremdeiweiß, das zuvor in seine Teilstücke, die so genannten Peptide, zerlegt wurde, dockt dabei gewissermaßen als „Bindungspartner“ an einer speziellen Stelle des MHC-Moleküls an. Daraufhin transportiert dieses Molekül das eingefangene Peptid an die Zelloberfläche und präsentiert es den dort vorbeiströmenden Immunzellen. Wenn diese das Peptid als körperfremd erkennen, kommt es zu einer Reihe von Reaktionen, an deren Ende die Vernichtung der erkrankten Zelle steht. Die MHC-Gene des Huhns verteilen sich im Erbgut auf zwei Regionen (MHC-B und MHC-Y). Die MHC-B-Region weist Ähnlichkeit mit dem MHC bei Säugetieren auf, ist allerdings viel kleiner. Dennoch besitzen die Produkte dieser Gene die typische Struktur von klassischen MHC-Molekülen mit einer Bindungsstelle für Peptide.
Wissenschaftler um Andreas Ziegler, Direktor des Instituts für Immungenetik der Charité untersuchten nun Struktur und Bindungseigenschaften eines Proteins namens YF1*7.1 aus der MHC-Y-Region. Die Forscher berichten im Fachjournal PloS Biology (7. Dezember 2010, Online-Veröffentlichung). Mittels Röntgenkristallographie konnten sie zeigen, dass das YF1*7.1 eine außergewöhnliche Bindungsstelle aufweist, in der Fettmoleküle, nicht jedoch Peptide, gebunden werden. Diese Fähigkeit kennt man bislang lediglich von bestimmten „nicht-klassischen“ MHC-Proteinen. Die Bindung von Lipiden an das YF1*7.1-Protein schließt in struktureller Hinsicht die existierende Lücke zwischen klassischen und nicht-klassischen MHC-Molekültypen. Die Lipide bindenden YF1-Proteine dienen dem Huhn möglicherweise dazu, sein im Vergleich zu Säugern sehr schmales Repertoire an MHC-Molekülen zu vergrößern, um auch diese Spezies effizient vor einer Vielzahl von Erregern zu schützen.
Die wichtigsten Nachrichten aus der Biotech-Branche
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- Genom eines Mais-Pilzes entziffert
Helmholtz-Enterprise-Fonds: Anschubfinanzierung für Biotech-Ausgründung
Die Helmholtz-Gemeinschaft fördert drei neue Ausgründungsprojekte von Wissenschaftlern aus den eigenen Reihen mit einer Anschubfinanzierung, darunter ist auch ein Biotechnologie-Projekt.
Mit der Fördersumme von jeweils 100.000 Euro aus dem Helmholtz-Enterprise-Fonds (HEF) und noch einmal der gleichen Summe aus dem jeweils angeschlossenem Helmholtz-Zentrum stehen den ausgegründeten Unternehmen damit für ein Jahr zusätzliche Mittel zur Finanzierung von Personal in der Ausgründungsphase zur Verfügung. 
Zu den Ausgründungsprojekten gehört auch ein Vorhaben aus dem Bereich Biotechnologie, das am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) angesiedelt ist: Unter dem Titel „Cell Arrays“ wollen Forscher vom Institut für Toxikologie und Genetik des KIT einen miniaturisiertern Biochip für die zellbasierte Bioforschung entwickeln. Die Ausgründer Pavel Levkin und Florian Geyer haben eine Methode entwickelt, um hochdichte Arrays für Mikroproben herzustellen. Damit lassen sich erstmals Kapazitäten von über 50000 (Mikro)proben auf der Größe von Standard-Mikrotiter-Platten erreichen, so dass zum Beispiel das gesamte menschliche Genom auf einem einzigen handtellergroßen Biochip untersucht werden kann. Zeit und Kosten für die Experimente werden damit stark reduziert. Im letzten Jahr waren unter den geförderten Ausgründungsprojekten sogar zwei aus den Lebenswissenschaften (mehr...).
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Genom eines Mais-Pilzes entziffert
Pflanzenforscher aus Göttingen, Marburg und München haben das Genom des Mais-Brandpilzes Sporisorium reilianum entziffert.
Die Pflanzenwissenschaftler berichten im Fachjournal Science (10. Dezember 2010, Bd. 303, S.1546). Die Brandpilze Sporisorium reilianum und Ustilago maydis sind Parasiten von Maispflanzen. Sporisorium reilianum befällt Maispflanzen, bewirkt eine Infektion der gesamten Pflanze, Symptome zeigen sich aber nur in den männlichen und weiblichen Blüten. Die Krankheit wird deshalb auch als Maiskopfbrand bezeichnet. U. maydis hingegen verursacht die so genannte Mais-Beulenbrandkrankheit. Dabei bilden sich große tumorartige Strukturen an Blättern, Kolben und männlicher Blüte, in denen sich der Pilz vermehrt und Sporen produziert.
Vor vier Jahren war es Forschern um Regine Kahmann (zu ihrem Profil: hier klicken) vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg gelungen, die Genomsequenz von Ustilago maydis zu entschlüsseln. Damals zeigte sich, dass die Gene einer großen Zahl gänzlich neuartiger, vom Pilz ausgeschütteter Proteine auf den Chromosomen in Gruppen angeordnet sind, so genannten Genclustern. Diese Proteine steuern den Befall der Wirtspflanze. Die Genomsequenzierung von S. reilianum offenbarte nun: mehr als 90 Prozent der gebildeten Proteine aus U. maydis kommen auch beim Maiskopfbrand vor. Allerdings unterscheiden sich viele dieser Proteine stark zwischen den beiden Arten und sind daher auf Gen-Ebene nur schwer nachzuweisen.
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Wochenrückblick: Schmarotzer setzt nicht alles auf eine Karte Menschen: Regine Kahmann - Seminare im Wohnzimmer |
"Überraschenderweise sind jedoch nahezu alle Gene der beiden Organismen in der gleichen Reihenfolge angeordnet“, sagt Kahmann. Die Wissenschaftler entdeckten allerdings 43 Regionen, in denen die Gene der Pilze besonders unterschiedlich waren. Darunter befanden sich alle bereits vor vier Jahren identifizierten Gencluster, deren Gene eine wichtige Rolle bei der Infektion der Wirtspflanzen spielen. Es unterscheiden sich also gerade die Gene zwischen den beiden Pilzen, die für den Befall der Maispflanzen wichtig sind. Vermutlich hatte die unterschiedliche Lebensweise der verglichenen Pilze zur Folge, dass sie im Laufe der Evolution jeweils artspezifische Genvarianten gebildet haben, etwa um die pflanzliche Immunantwort zu unterdrücken. Die Maispflanzen wiederum haben die Zielmoleküle der Pilzproteine verändert. Für jedes von den Pilzen ausgeschüttete Protein bilden Maispflanzen offenbar mindestens ein Protein zur Abwehr. Die Forscher hoffen nun, dass sich langfristig neue Strategien zur Bekämpfung dieser wichtigen Pilzgruppe entwickeln lassen.
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