Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Proteinstruktur mittels Big Data vorhergesagt

21.03.2017

Ohne Proteine geht im Körper nichts – sie sind die molekularen Alleskönner in unseren Zellen. Arbeiten sie nicht richtig, kann das schwere Krankheiten auslösen wie etwa Alzheimer. Um Methoden zu entwickeln, nicht funktionierende Proteine zu reparieren, muss man deren Struktur kennen. Mit einem Big-Data-Ansatz haben Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) nun eine Methode entwickelt, mit der sie Proteinstrukturen vorhersagen können.

Wie die Forscher in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) berichten, ist es ihnen gelungen, auf Basis statistischer Analysen auch komplizierteste Proteinstrukturen unabhängig vom Experiment vorherzusagen.


Homodimere sind identische Paare von Eiweißketten (Proteine, grün und blau), die aneinanderbinden. Die statistische Analyse der Proteinsequenzen sucht nach Mutationen, die auf eine räumliche Nähe von Proteinteilen hindeuten, sowohl innerhalb des gleichen Proteins (orange) wie auch mit dem Partnerprotein (rot). Diese Information ermöglicht es, die Proteinstruktur des Homodimers vorherzusagen. (Foto: KIT)

Diese experimentell zu bestimmen ist sehr aufwändig und der Erfolg nicht garantiert. Proteine bilden die Grundlage des Lebens. Als Strukturproteine sind sie am Aufbau von Gewebe wie Nägeln oder Haare beteiligt. Andere Proteine arbeiten als Muskeln, steuern den Stoffwechsel und die Immunabwehr oder übernehmen den Sauerstofftransport in den roten Blutkörperchen

Die Grundstruktur von Proteinen mit bestimmten Funktionen ähnelt sich auch bei sehr verschiedenen Organismen „Ob Mensch, Maus, Walfisch oder Bakterium, die Natur erfindet Proteine für verschiedene Lebewesen nicht immer neu, sondern variiert sie lediglich durch evolutionäre Mutation und Selektion“, so Alexander Schug vom Steinbuch Centre for Computing (SCC). Solche Mutationen können beim Auslesen der Erbinformationen, aus denen die Proteine zusammengesetzt sind, leicht identifiziert werden.

Treten sie nun paarweise auf, liegen die beteiligten Proteinabschnitte meist räumlich nahe beieinander. Diese einzelnen Informationen vieler räumlich benachbarter Abschnitte können mit einem Computer wie ein großes Puzzle zu einer genauen Vorhersage der dreidimensionalen Struktur zusammengesetzt werden. Denn: „Um die Funktion eines Proteins wirklich im Detail zu verstehen und eventuell auch zu beeinflussen, muss man den Ort jedes einzelnen Atoms kennen“, sagt Schug.

Der gelernte Physiker nutzt in seiner Arbeit einen interdisziplinären Ansatz mit Methoden und Ressourcen der Informatik und Biochemie. Mit Hilfe von Hochleistungsrechnern hat er die frei verfügbaren Erbinformationen tausender verschiedener Organismen von Bakterien bis hin zum Menschen nach in Verbindung stehenden Mutationen durchsucht.

„Durch die Kombination von modernster Technik und einem wahren Schatz an Datensätzen konnten wir knapp 2000 verschiedene Proteine untersuchen – das ist eine völlig neue Größenordnung im Vergleich zu bisherigen Studien“, sagt Schug. Dies unterstreiche eindrucksvoll die Leistungsfähigkeit dieser Methodik und verspricht großes Potenzial für breite Anwendungen von der Molekularbiologie bis hin zur Medizin. Auch wenn die gegenwärtige Arbeit Grundlagenforschung sei, wie Schug betont, können die Ergebnisse in Zukunft beispielsweise in neue Behandlungsmethoden von Krankheiten einfließen.

Weiterer Kontakt:
Dr. Felix Mescoli, Pressereferent, Tel.: +49 721 608 48120, Fax: +49 721 608 43658, E-Mail: felix.mescoli@kit.edu

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) verbindet seine drei Kernaufgaben Forschung, Lehre und Innovation zu einer Mission. Mit rund 9 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie 25 000 Studierenden ist das KIT eine der großen natur- und ingenieurwissenschaftlichen Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas.

KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft

Das KIT ist seit 2010 als familiengerechte Hochschule zertifiziert.

Diese Presseinformation ist im Internet abrufbar unter: www.kit.edu

Monika Landgraf | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterieller Untermieter macht Blattnahrung für Käfer verdaulich
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

nachricht Neues Werkzeug für gezielten Proteinabbau
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte