Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Proteom-Atlas des Tuberkulose-Erregers

16.05.2013
Forschende der ETH haben die Koordinaten aller Proteine des Tuberkulose-Erregers Mycobacterium tuberculosis kartiert. Dank dieser «Landkarte» können Wissenschaftler nun jedes Protein dieses Bakteriums, das gefährliche Lungenkrankheiten verursacht, einfach finden und präzise messen.
Fotografen kennen das Problem: Mit blossem Auge sieht man zwar, auf welchem Ast des Baumes der zum Motiv gewählte Vogel sitzt. Aber den Vogel dann im Gewirr der Äste auch durch das Tele-Objektiv für die hochauflösende Nahaufnahme zu finden, braucht einiges an Geschick. Vor einem ähnlichen Problem stehen Forschende, wenn sie Proteine, die aktiven Biomoleküle der Zelle, untersuchen wollen.

Eine Suchhilfe kommt nun von Olga Schubert, ETH-Doktorandin am Institut für Molekulare Systembiologie, und ihren Kollegen: Um Wissenschaftlern zu helfen, ein bestimmtes Protein im Gewirr aller Proteine (des Proteoms) zu finden, haben sie einen Proteom-Atlas des Tuberkulose-Erregers Mycobacterium tuberculosis erstellt. Diesen stellen sie nun in der aktuellen Ausgabe von «Cell Host & Microbe» vor.

Die Nadel im Heuhaufen finden

Statt einer Kamera verwenden Wissenschaftler ein sogenanntes Massenspektrometer, um Proteine zu messen. Mit diesem Gerät können sie entweder das Gesamtbild des Proteoms aufnehmen, oder an bestimmte Stellen zoomen, um einzelne Proteine ganz präzise auszumessen. Für das «Selected Reaction Monitoring» (SRM) – die Nahaufnahme mit Telezoom-Objektiv – müssen Forscher das Massenspektrometer jedoch mit Koordinaten füttern, damit es das gewählte Protein in der Masse aus Tausenden anderer Proteine findet.

Bisher mussten Wissenschaftler, wenn sie beispielsweise gezielt einen biologischen Prozess im Mycobacterium untersuchen wollten, die SRM-Koordinaten für jedes einzelne Protein selbst bestimmen. Um die Suche nach der sprichwörtlichen Nadel im Heuhaufen zu erleichtern, bestimmten Schubert und ihre Kollegen die Koordinaten sämtlicher Proteine des Tuberkulose-Erregers. Dank des neuen «Nachschlagewerks» können Wissenschaftler nun direkt an die richtige Stelle auf der Proteom-Landkarte zoomen.

97% aller Tuberkulose-Proteine abgedeckt

Um den Atlas zu erstellen, analysierten die ETH-Forschenden zunächst das gesamte Tuberkulose-Proteom. Dabei zerkleinerten sie die aus dem Mycobacterium isolierten Proteine in viele kleine Stücke, sogenannte Peptide, und massen diese mit dem Massenspektrometer. Für jedes Protein wählten sie anschliessend repräsentative Peptide aus, welche das deutlichste Signal ergaben. Diese insgesamt 17‘000 Peptide liessen sie danach künstlich synthetisieren und erzeugten SRM-Messprofile für jedes einzelne Proteinstück, womit sie 97% der etwa 4000 beschriebenen Tuberkulose-Proteine abdeckten. Die Eckdaten dieser Profile dienen nun anderen Wissenschaftlern als Anleitung, wie sie jedes einzelne Protein in der Gesamtheit aller Proteine des Krankheitserregers finden können.

Mit ihrer Gesamtanalyse des Proteoms erreichten Schubert und ihre Kollegen eine so hohe Auflösung, dass sie sogar bisher unbekannte Proteine entdeckten. So konnten sie der Liste der Tuberkulose-Proteine 22 neue hinzufügen. «Obwohl die Genomsequenz des Mykobakteriums schon lange bekannt ist, haben wir noch immer nicht das gesamte Proteom entschlüsselt», erklärt Schubert.

Kann zu neuen Therapien und Früherkennung beitragen

Die Proteine von Krankheitserregern stehen deshalb im Fokus der Forschung, da sie die Hauptangriffsfläche für neue Medikamente bieten. Die Tuberkulose gilt nach wie vor als gefährliche Krankheit, insbesondere für Patienten mit geschwächtem Immunsystem. Multi-resistente Stämme des Bakteriums, die auf die gängigsten Medikamente nicht mehr ansprechen, werden zunehmend zum Problem. Die klassische Suche nach neuen Arzneimitteln, das Durchkämmen bekannter Substanzen nach einem antibakteriellen Wirkstoff, hat bislang nicht zu den erhofften Ergebnissen geführt. Von der Grundlagenforschung erhofft man sich Erkenntnisse, die neue Angriffspunkte für Medikamente aufdecken könnten. Der Atlas des Tuberkulose-Proteoms könnte dazu wesentlich beitragen.

Die darin verzeichneten Koordinaten sind so spezifisch, dass man Tuberkulose-Proteine auch in einer komplexen Mischung aus Proteinen aufspüren kann, zum Beispiel im Blut oder einer Gewebeprobe eines Patienten. So könnten diese Daten Forschenden dabei helfen, bessere Diagnoseverfahren zu entwickeln, um eine Infektion möglichst früh zu erkennen.

Einen spezifischen Proteom-Atlas erstellten die Forschenden um Ruedi Aebersold, Professor für Molekulare Systembiologie der ETH und Universität Zürich, bereits für den Modellorganismus Hefe. Weitere Organismen, insbesondere Krankheits-Erreger, könnten folgen und der Entwicklung neuer Medikamente zugutekommen.

Literaturhinweis:
Schubert OT, Mouritsen J, Ludwig C, Röst HL, Rosenberger G, Arthur PK, Claassen M, Campbell DS, Sun Z, Farrah T, Gengenbacher M, Maiolica A, Kaufmann SHE, Moritz RL, and Aebersold R. The Mtb Proteome Library: A Resource of Quantitative Assays for the Complete Proteome of Mycobacterium tuberculosis. CELL HOST MICROBE, 2013 May 15; http://dx.doi.org/10.1016/j.chom.2013.04.008

Angelika Jacobs | ETH Zürich
Weitere Informationen:
http://www.ethz.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Immunabwehr ohne Kollateralschaden
23.01.2017 | Universität Basel

nachricht Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens
23.01.2017 | Verband Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland e.V.

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: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wie der Nordatlantik zum Wärmepirat wurde

23.01.2017 | Geowissenschaften

Immunabwehr ohne Kollateralschaden

23.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie