Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     Siemens  n-tv 
Datenbankrecherche:

Fachgebiet (optional):

 

Building a Better Protein

25.02.2009
Rensselaer researchers use computers to find keys to stabilizing proteins

Anzeige

Proteins are widely viewed as a promising alternative to synthetic chemicals in everything from medications to hand lotion.


The naturally occurring molecules have been shown to be more efficient and effective than many of the most sophisticated chemical compounds on the market. But outside the controlled confines of the lab bench, proteins quickly change structure, causing irreversible damage to their functionality and often safety.

Scientists are now searching for ways to increase the stability of proteins. In new research published Feb. 5 in the online Early Edition of the Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), Rensselaer Senior Constellation Professor George Makhatadze and his colleagues detail a targeted strategy to substantially increase the thermodynamic stability of nearly any protein, while preserving its unique function. Their redesign technique creates proteins that remain stable at temperatures 10 degrees Celsius higher than normal.

To achieve these results, the researchers used high-powered computers to create new and improved versions of two human enzymes. The enzymes are specific types of protein. The two enzymes in the study vary widely in size and functionality, yet both showed substantial increases in stability without loss of function in the body. This supports the idea that the stability of many other proteins could also be greatly stabilized, according to Makhatadze. The researchers are now looking to use the technique to improve that stability of specific proteins with strong industrial and drug development applications.

They developed a computational approach that altered the proteins’ structure and tested it for increased stability. “Our experimental validation of computational results is actually motivated by Thomas Edison, who wrote, ‘Until man duplicates a blade of grass, nature will laugh at his so-called scientific knowledge,’” Makhatadze said.

“There are several viable approaches to optimize proteins,” Makhatadze added. “Many researchers seek to optimize the protein by changing all types of physical interactions within the computer model at once. Instead, we felt that if we could understand one interaction, we could then use it to our advantage to build on the algorithm and then experimentally prove that that property really exists in the real protein system.”

The interaction the researchers focused on was the surface charge of the protein. The investigation of the importance of protein surface structure is a growing area of research within the field. In fact, a 2006 paper in the journal Biochemistry, published by Makhatadze supporting the importance of protein surface structure on stability, was the one of the top five most cited and downloaded papers from the journal that year.

In addition to important potential industrial applications, Makhatadze also believes the research sheds some light on the evolution of proteins. The researchers compared the mutations that they made within the proteins in order to optimize the protein’s performance with the mutations naturally occurring in the proteins from the evolutionary distant organisms. Instead of seeing more mutations along with increased performance as with most evolutionary adaptations, the researchers saw that less frequent mutations resulted in a more stable protein. “This suggests that the stability of proteins might not be evolutionarily important,” he said. “It appears that as soon as the protein is able to function in given conditions and is stable at a given temperature, anything above that is not really necessary.”

The research was fully funded by the National Science Foundation (NSF). Makhatadze was assisted in his research by post-doctoral researcher Mayank Patel, graduate student Jiajing Liu, NMR Core Director Scott McCallum, and Assistant Professor of Biology Chunyu Wang, all of Rensselaer, as well as former graduate student Alexey Gribenko, who is currently a member of the faculty at the University of Texas Medical Branch. In addition, the structure of one the proteins used in the study, acylphosphatase (AcPh), was actually solved at Rensselaer using the sophisticated nuclear magnetic resonance (NMR) core within the Center for Biotechnology and Interdisciplinary Studies (CBIS).

Gabrielle DeMarco | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: ww.rpi.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ocean warming causes elephant seals to dive deeper
09.02.2012 | Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung

nachricht How the zebra got its stripes
09.02.2012 | The Company of Biologists

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: Wissenschaftler machen Eisen durchsichtig


Erstmals gezeigt, dass Atomkerne transparent werden

Einem Team von DESY-Wissenschaftlern um Dr. Ralf Röhlsberger gelang es an der hochbrillanten Synchrotronlichtquelle PETRA III, Atomkerne mit Hilfe von Röntgenlicht transparent zu machen. Sie entdeckten dabei gleichzeitig ein neues Prinzip, um einen optisch gesteuerten Schalter für Licht herzustellen, also Licht mit Licht zu beeinflussen, ein wichtiger Baustein auf dem ...

Im Focus: Anti-Angst-Hormon Oxytocin wird gezielt an seine Wirkorte im Gehirn transportiert


Wissenschaftler beobachten, wie Oxytocin zentrale Schaltstellen im Gehirn erreicht und das Verhalten beeinflusst

Kuschelhormon, Treuehormon, Angstlöser – häufig gebrauchte Schlagwörter für das Neuropeptid Oxytocin, das sich in den letzten Jahren als ein Stoff erwiesen hat, der unser Verhalten in zentralen Regionen des Gehirns positiv beeinflussen kann. Was jedoch bisher völlig unklar war: Wie gelangt dieser Botenstoff aus dem Hypothalamus in die Hirnbereiche, die ...

Im Focus: Datenspeicher mit Lachs-DNA und Nano-Silber


Ein neuartiger Biopolymer-Film aus Lachs-DNA mit Silber-Nanopartikeln speichert Informationen kostengünstig und umweltverträglich.

Entstanden ist das organische System in fächer- und länderübergreifender Zusammenarbeit von Wissenschaftlern des DFG-Centers for Functional Nanostructures (CFN) am KIT und des Institute of Photonics Technologies an der National Tsing Hua University in Taiwan. Der DNA-Datenspeicher eignet sich unter anderem für biotechnische Anwendungen, etwa als Bauteil in Biosensoren.

Das System ...

Im Focus: VLT liefert detailreichstes Infrarotbild des Carinanebels


Bildveröffentlichung der Europäischen Südsternwarte (Garching) - Mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO haben das bislang detailreichste Infrarotbild der Sternkinderstube des Carinanebels aufgenommen. Es zeigt vor dem spektakulären Hintergrund einer himmlischen Landschaft auf Gas, Staub und jungen Sterne zahlreiche nie gesehene Details und zählt zu den atemberaubendsten VLT-Bildern überhaupt.

Im Herzen der südlichen Milchstraße, im Sternbild Carina (Der Schiffskiel, [1]), befindet sich in einer Entfernung von etwa 7500 Lichtjahren die Sternkinderstube des Carinanebels. Diese ausgedehnte Wolke aus leuchtendem Gas und Staub ist von der Erde aus gesehen eine der nächstgelegenen Geburtsstätten massereicher Sterne.

Der Nebel beinhaltet einige der hellsten und ...

Im Focus: Automatisch Lücken im Funkspektrum erkennen


Auf der embedded world identifizieren Wissenschaftler der Fraunhofer ESK Lücken im Funkspektrum, um diese für zusätzliche Übertragungen zu nutzen.

Der in Halle 5, Stand 5-228, vorgestellte Prototyp zeigt das Funkspektrum in einem 3D-Spektrogramm, markiert die prognostizierten Lücken und prüft deren Eintreffen. Diese Methode, Cognitive Radio, verbessert die Übertragungsqualität in einem bereits vollen Funkspektrum ohne aufwändiges, statisches Koexistenzmanagement. Ziel ist eine höhere Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Funk für die Automatisierung.
...

Alle Focus-News des innovations-reports >>>

Anzeige

B2B Suche
Produkt / Dienstleistung
Firma / Organisation

Anzeige

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

Kaltwasserkorallen als Anpassungskünstler?

09.02.2012 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Wandel der Hochschulbildung in Deutschland und Professionalisierung

09.02.2012 | Studien Analysen

Ocean warming causes elephant seals to dive deeper

09.02.2012 | Biowissenschaften Chemie

VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Veranstaltungen

7. Mannheimer Arbeitsrechtstag am 14. März mit Experten aus Theorie und Praxis

09.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten

International Forum on Terahertz Spectroscopy and Imaging

09.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Teams aus neun Ländern treffen sich an der Leibniz Universität zum 6th Hanover PreMoot

09.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten

FindAndHelp