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Proteine: Die wahren Macher des Lebens
Früher dachte man, dass Gene der wichtige Faktor für die Entwicklung des Lebens und die Unterschiede zwischen den verschiedenen Lebensformen sind.
Wir wissen jetzt, dass das, was wirklich wichtig ist, das ist, was die Gene produzieren, die Proteine .
Zum Beispiel haben ein Schmetterling und eine Schwalbenschwanzraupe die gleichen Gene, sehen aber trotzdem ganz anders aus.
Die Gene liefern den Bauplan für die Proteine . Dieser Plan wird kopiert und heißt jetzt Messenger-RNA (Messenger-RNA ist eine große Familie von RNA-Molekülen, die genetische Informationen von der DNA zum Ribosom transportieren, wo sie die Aminosäuresequenz der Proteinprodukte der Genexpression spezifizieren).
Nach dieser Anweisung werden die Aminosäuren zu einem langen Eiweißmolekül kombiniert.
Die so genannte Transfer-RNA hilft: Sie erzeugt die Aminosäuren und dockt sie an die drei Basen der Boten-RNA an, die dazu passen.
Nach Fertigstellung löst sich das Protein vom Ribosom und beginnt sein eigenes Leben.
Die resultierenden Proteine sind nun für die Unterschiede zwischen Lebewesen verantwortlich. Sie sind also die wirklich wichtigen (sie waren die Schöpfer des Lebens).
Bis vor kurzem dachte man auch, dass jedes Gen immer nur den Bauplan für ein Protein enthielt. Inzwischen ist klar geworden, dass alles viel komplexer ist als angenommen: Denn au
s einem Gen können im Menschen bis zu 20 verschiedene Proteine hergestellt werden. Außerdem können sich diese Proteine nach Fertigstellung wieder verändern (ohne dass die Gene darauf Einfluss haben).
Diese Änderung tritt auf, wenn spezielle Seitengruppen wie Phosphatreste, Zuckergruppen oder ungesättigte Kohlenstoffketten angehängt werden.
Das bedeutet, dass selbst wenn es den Genetikern gelingt, den Bauplan der Gene vollständig zu entschlüsseln, sie dennoch mit einem Rätsel konfrontiert wären, da einige Prozesse ohne den Einfluss des Gentechnikplans ablaufen.
Was die Forscher herausfinden wollen, ist, welche Proteine im Verlauf einer Krankheit neu gebildet werden und welche verschwinden. Man hofft, dass dies bei bestimmten Krankheiten zu charakteristischen Veränderungen im Proteommuster führen wird. Dadurch könnten Tumorarten schneller erkannt werden, so dass falsche Therapien vermieden werden können.
Und die Forscher erwarten auch, dass die Mustervergleiche die Funktion der vielen noch unbekannten Proteine verdeutlichen.
Das Problem ist, dass es schwierig ist, die Anzahl der Proteine zu analysieren, die sich alle zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Zelle befinden.
Das von den Wissenschaftlern angewandte Verfahren ist das folgende:
Zuerst visualisieren sie den Proteomgehalt einer Zelle durch zweidimensionale Gelelektrophorese.
In zwei Schritten werden die Proteine zunächst in der ersten Dimension nach der Landung und dann in einem Kunststoffgel aus Polyacrylamid, das wie ein Sieb wirkt, nach Größe getrennt. Bis zu 10000 Proteine können getrennt werden. Die Proteine werden dann mit Farbstoffen markiert. Ändert sich der Proteingehalt (krankheitsbedingt), ändert sich auch das Punktmuster.
Die Biochemiker haben eine neue Methode entwickelt, um die einzelnen Proteinpunkte auf dem Gel zu identifizieren. Mit Hilfe spezieller Schneideenzyme können die Proteine in kleinere, leichter zu analysierende Molkühlkomponenten zerlegt werden.
Das Ergebnis ist, dass für jedes Protein ein typisches Muster von Fragmenten gebildet wird. Dieser Vorgang kann nicht nur im realen Leben, sondern auch am Computer simuliert werden, so dass dieser Vorgang problemlos mehrmals wiederholt werden kann.
Kritische Stimmen behaupten, dass die Forscher nach einer Nadel im Heuhaufen suchen, da es in einer komplexen Zelle schätzungsweise bis zu 30.000 verschiedene Proteine gibt. Zudem ist die Funktion der meisten Proteinmoleküle noch nicht bekannt.
In der Regel können nur kleine Abschnitte aus dem Eiweißgemisch gefischt werden, man weiß nicht, ob dies die wirklich wichtigen sind.
Aus diesem Grund wird eine andere Strategie verwendet, um die Wechselwirkung mit anderen Proteinen zu untersuchen. So können die Schlüsselproteine, die für eine Krankheit verantwortlich sein können, relativ schnell entdeckt werden.
In Zukunft werden die Wissenschaftler nicht mehr sorgfältig an einem Patienten ausprobieren, sondern das richtige Medikament mit persönlichen Proteinprofilen zusammenstellen können.