Hightech-Methode könnte traditionellen Protein-Check ablösen

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Konkurrenz für den traditionellen Protein-Blot: Dank neuer Methoden für die Massenspektrometrie können Eiweiße mit höchster Empfindlichkeit und so flexibel wie nie zuvor getestet werden. Quelle: MPI für molekulare Genetik

01.06.2011  - 

Die Analyse der Eiweißmoleküle in Zellen ist das täglich Brot von Biochemikern. Doch aus methodischer Sicht hat es in der Proteinanalytik in den letzten Jahren nur wenige bedeutende Neuerungen gegeben. So sind im täglichen Laborleben die Wissenschaftler meist auf ein über 30 Jahre altes Verfahren angewiesen, um Funktion und Konzentration eines Proteins in Zellen zu untersuchen, den sogenannten Western Blot. Dies wird sich nun möglicherweise ändern: Forscher vom Max-Planck-Institut für molekulare Genetik in Berlin haben ein praxistaugliches Massenspektrometrie-Verfahren entwickelt, das den Western Blot den Rang ablaufen könnte. Sie stellen die neue Methode im Fachjournal Nature Protocols (2011, Online-Vorabveröffentlichung) vor.

Es war der Brite Edwin Southern, der die Himmelsrichtungen in der Sprache der Molekularbiologen verankerte. Der Chemiker hatte in den 1970er Jahren die sogenannte Blotting Technik entwickelt, bei der man aufgetrennte Biomoleküle auf eine Trägermembran stempelt, um sie in weiteren Schritten sichtbar zu machen. Der Southern Blot ist ein Nachweis für DNA, die Auftrennung von RNA wurde von Zeitgenossen Northern Blot getauft. Der Western Blot hingegen ist dem Nachweis von Proteinen gewidmet. Seit 30 Jahren ist der Western Blot zum Routineverfahren für Proteinchemiker geworden. Doch wenn es nach Berlinern Max-Planck-Forschern um Markus Ralser geht, könnte der Western Blot bald ein Auslaufmodell sein.

In dieser Folge der Kreidezeit erklären wir, was sich hinter dem Begriff Massenspektrometrie verbirgt.Quelle: biotechnologie.tv

Sie haben ein massenspektrometrisches Verfahren entwickelt, das rascher und mit deutlich weniger Aufwand einen hochempfindlichen Proteinnachweis liefert.

Hightech-Konkurrenz für den Westernblot 

Mit der Massenspektrometrie kann die chemische Zusammensetzung von Substanzen analysiert werden. Die Moleküle werden dabei elektrisch geladen und in einem elektrischen Feld nach ihren Massen getrennt. Seit den 1990er Jahren wird die Technik auch zur Untersuchung von Proteinen eingesetzt. Der Vorteil: Die Wissenschaftler benötigen keine Antikörper wie beim klassischen Westernblot und sie können viele Proteine auf einmal, genauer und quantitativ analysieren.

Die Max-Planck-Wissenschaftler haben jetzt ein zuverlässiges und ein einfach zu handhabendes Verfahren entwickelt, um Proteine im Massenspektrometer zu analysieren, ohne sie vorher reinigen zu müssen. Sie benutzen dazu einen besonders empfindlichen Triple-Quadrupol-Massenspektrometer, der an einen Hochdruck-Flüssigkeitschromatografen gekoppelt ist. „Mit unserem Verfahren können wir Protein-Mengen zwischen 500 und einer Million Moleküle pro Zelle quantifizieren – ein viel weiterer Bereich als beim traditionellen Westernblot. Die Proben müssen dafür nicht langwierig vorbereitet werden und wir müssen sie nicht mit teuren Isotopen markieren“, erläutert Markus Ralser vom Max-Planck-Institut für molekulare Genetik. Stattdessen nutzen die Wissenschaftler bereits bekannte Proteine der Zelle zur Eichung ihrer Methode. Deren Konzentration ist bekannt und dient als Referenz für die zu untersuchenden Proteine.

Keine teuren Antikörper, höhere Empfindlichkeit

Dadurch ist die neue Methode einfacher und vielseitiger als andere Massenspektrometrie-Prozeduren. In Zukunft könnte die relative Proteinquantifizierung mittels Massenspektrometrie die klassischen Methoden der Proteinanalytik ersetzen. Denn bei einem Westernblot wird ein Proteinextrakt aufgetrennt, auf eine Membran übertragen und mittels eines Antikörpers nachgewiesen. Diese Antikörper müssen aufwändig hergestellt werden und sind deshalb ebenfalls teuer. Zudem werden in vielen Fällen Versuchstiere zur Herstellung der Antikörper verwendet. Zu den ethischen und wirtschaftlichen Schwierigkeiten kommen noch technische Einschränkungen dazu. So lassen sich nur für einen Teil der Proteine Antikörper herstellen, nicht jedes Protein kann deshalb mittels Westernblot untersucht werden. Außerdem können Westernblots Protein-Mengen nur schlecht quantifizieren. Zudem kann in der Regel nur ein Protein in einer Messung untersucht werden. Viele aktuelle Fragestellungen der heutigen Biologie können aber nur beantwortet werden, wenn mehrere Proteine gleichzeitig quantitativ wie bei der Massenspektrometrie untersucht werden. Somit steht Proteinforschern nun eine Methode zur Verfügung, mit der sie leichter den gesamten Protein-Bestand einer Zelle durchforsten und aufklären können. Damit lassen sich, so die Hoffnung der Forscher, auch die Ursachen von Krankheiten besser verstehen.