Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Auf dem Weg zu maßgeschneiderten Naturstoffen

19.10.2018

Biotechnologen entschlüsseln Struktur und Funktion von Docking Domänen bei der Biosynthese von Peptid-Wirkstoffen

Mikroorganismen bauen Naturstoffe oft wie am Fließband zusammen. Dabei spielen bestimmte Enzyme, die nicht-ribosomalen Peptid Synthetasen (NRPS), eine Schlüsselrolle.


3D-Struktur eines NRPS Docking Domänen Paares. Die Docking-Domäne von NRPS B (grün) bindet über ein β-Faltblatt an die passende Docking-Domäne von NRPS C (magenta).

Biotechnologen der Goethe-Universität konnten jetzt aufklären, wie diese Enzyme untereinander wechselwirken. Damit kommen sie ihrem Ziel, maßgeschneiderte Peptid-Wirkstoffe zu synthetisieren, einen Schritt näher.

Viele wichtige Naturstoffe wie Antibiotika, Immunsuppressiva oder Mittel gegen Krebs stammen aus dem Stoffwechsel von Mikroorganismen. Diese Naturstoffe sind meistens kleine Eiweißmoleküle (Peptide), die in der Zelle mit Hilfe der NRPS-Enzyme wie in einer modernen Autofabrik entstehen: an jeder Station werden dem Grundgerüst weitere Teile zugefügt, bis am Ende das fertige Auto aus der Fabrik rollt.

Im Fall der NRPS wird an jeder Station (genannt Modul) eine bestimmte Aminosäure eingebaut und prozessiert, so dass am Ende ketten-, ringförmige oder anders modifizierte Peptide entstehen, die auch ungewöhnliche Aminosäuren tragen können.

Sollen größere Peptide entstehen, kommen mehrere NRPS-Enzyme, also Fließbänder, nacheinander zum Einsatz. In welcher Reihenfolge dies geschieht, legen sogenannte Docking Domänen fest. Das sind kleine Bereiche am Ende des Fließbands, die wie Schlüssel und Schloss mit dem nächsten NRPS-Enzym in der Reihe zusammenpassen.

Obwohl die grundlegenden Prinzipien dieser NRPS-Interaktion schon lange bekannt sind, war die Struktur der Docking-Domänen bisher nicht bekannt. Diese aufzuklären, ist den Arbeitsgruppen von Prof. Jens Wöhnert vom Institut für Molekulare Biowissenschaften und Prof. Helge Bode aus der Molekularen Biotechnologie an der Goethe-Universität nun gelungen.

„Wir konnten die Strukturen von einzelnen Docking Domänen und erstmals auch eines Docking Domänen Paars von NRPS bestimmen“, erläutert Carolin Hacker, Doktorandin in der Arbeitsgruppe von Jens Wöhnert. „So war es möglich, die Regeln für die Wechselwirkung der Docking-Domänen aufzuklären und diese so zu verändern, dass neue Naturstoffe gebildet werden“, fügt Xiaofeng Cai, Postdoktorandin in der Arbeitsgruppe von Helge Bode, hinzu.

„Unsere Arbeit steht erst am Anfang: Wir brauchen Strukturen weiterer und strukturell unterschiedlicher Docking-Domänen, um diese schließlich wie einen Baukasten zu verwenden. Unser Ziel ist es, verschiedene Biosynthesewege zu verknüpfen und so ganz neue Wirkstoffe herzustellen“, erklärt Wöhnert. „Die Natur war da sehr erfinderisch und es gibt offensichtlich viele unterschiedliche Möglichkeiten, diese komplexen Enzyme zur Zusammenarbeit zu überreden“, ergänzt Bode.

In beiden Arbeitsgruppen geht die Forschung auf diesem Gebiet also weiter. Erste Ergebnisse zu Strukturen weiterer Docking-Domänen sehen vielversprechend aus.

Publikation:
Carolin Hacker, Xiaofeng Cai, Carsten Kegler, Lei Zhao, A. Katharina Weickhmann, Jan Philip Wurm, Helge B. Bode, Jens Wöhnert: Structure-based redesign of docking domain interactions modulates the product spectrum of a rhabdopeptide-synthesizing NRPS, Nature Communications, https://www.nature.com/ncomms/, DOI: 10.1038/s41467-018-06712-1

Ein Bild zum Download finden Sie unter: www.uni-frankfurt.de/74390329

Bildtext: 3D-Struktur eines NRPS Docking Domänen Paares. Die Docking-Domäne von NRPS B (grün) bindet über ein β-Faltblatt an die passende Docking-Domäne von NRPS C (magenta).

Information:
Prof. Dr. Jens Wöhnert, Institut für Molekulare Biowissenschaften, Fachbereich 15, Campus Riedberg, Tel. (069) 798-29785, woehnert@bio.uni-frankfurt.de

Prof. Dr. Helge B. Bode, Molekulare Biotechnologie, Fachbereich 15, Campus Riedberg, Tel.: (069) 798-29557, h.bode@bio.uni-frankfurt.de.

Aktuelle Nachrichten aus Wissenschaft, Lehre und Gesellschaft in GOETHE-UNI online (www.aktuelles.uni-frankfurt.de)

Die Goethe-Universität ist eine forschungsstarke Hochschule in der europäischen Finanzmetropole Frankfurt. 1914 mit privaten Mitteln überwiegend jüdischer Stifter gegründet, hat sie seitdem Pionierleistungen erbracht auf den Feldern der Sozial-, Gesellschafts- und Wirtschaftswissenschaften, Medizin, Quantenphysik, Hirnforschung und Arbeitsrecht. Am 1. Januar 2008 gewann sie mit der Rückkehr zu ihren historischen Wurzeln als Stiftungsuniversität ein hohes Maß an Selbstverantwortung. Heute ist sie eine der zehn drittmittelstärksten und drei größten Universitäten Deutschlands mit drei Exzellenzclustern in Medizin, Lebenswissenschaften sowie Geistes- und Sozialwissenschaften. Zusammen mit der Technischen Universität Darmstadt und der Universität Mainz ist sie Partner der länderübergreifenden strategischen Universitätsallianz Rhein-Main. Internet: www.uni-frankfurt.de

Herausgeberin: Die Präsidentin der Goethe-Universität Redaktion: Dr. Anne Hardy, Referentin für Wissenschaftskommunikation, Abteilung PR & Kommunikation, Theodor-W.-Adorno-Platz 1, 60323 Frankfurt am Main, Tel: (069) 798-12498, Fax: (069) 798-763 12531.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Jens Wöhnert, Institut für Molekulare Biowissenschaften, Fachbereich 15, Campus Riedberg, Tel. (069) 798-29785, woehnert@bio.uni-frankfurt.de

Prof. Dr. Helge B. Bode, Molekulare Biotechnologie, Fachbereich 15, Campus Riedberg, Tel.: (069) 798-29557, h.bode@bio.uni-frankfurt.de

Jennifer Hohensteiner | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Katalyse: Hohe Reaktionsraten auch ohne Edelmetalle
19.06.2019 | Ruhr-Universität Bochum

nachricht Wie sich Bakterien gegen Plasmabehandlung schützen
19.06.2019 | Ruhr-Universität Bochum

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: Erfolgreiche Praxiserprobung: Bidirektionale Sensorik optimiert das Laserauftragschweißen

Die Qualität generativ gefertigter Bauteile steht und fällt nicht nur mit dem Fertigungsverfahren, sondern auch mit der Inline-Prozessregelung. Die Prozessregelung sorgt für einen sicheren Beschichtungsprozess, denn Abweichungen von der Soll-Geometrie werden sofort erkannt. Wie gut das mit einer bidirektionalen Sensorik bereits beim Laserauftragschweißen im Zusammenspiel mit einer kommerziellen Optik gelingt, demonstriert das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT auf der LASER World of PHOTONICS 2019 auf dem Messestand A2.431.

Das Fraunhofer ILT entwickelt optische Sensorik seit rund 10 Jahren gezielt für die Fertigungsmesstechnik. Dabei hat sich insbesondere die Sensorik mit der...

Im Focus: Successfully Tested in Praxis: Bidirectional Sensor Technology Optimizes Laser Material Deposition

The quality of additively manufactured components depends not only on the manufacturing process, but also on the inline process control. The process control ensures a reliable coating process because it detects deviations from the target geometry immediately. At LASER World of PHOTONICS 2019, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be demonstrating how well bi-directional sensor technology can already be used for Laser Material Deposition (LMD) in combination with commercial optics at booth A2.431.

Fraunhofer ILT has been developing optical sensor technology specifically for production measurement technology for around 10 years. In particular, its »bd-1«...

Im Focus: Additive Fertigung zur Herstellung von Triebwerkskomponenten für die Luftfahrt

Globalisierung und Klimawandel sind zwei der großen Herausforderungen für die Luftfahrt. Der »European Flightpath 2050 – Europe’s Vision for Aviation« der Europäischen Kommission für Forschung und Innovation sieht für Europa eine Vorreiterrolle bei der Vereinbarkeit einer angemessenen Mobilität der Fluggäste, Sicherheit und Umweltschutz vor. Dazu müssen sich Design, Fertigung und Systemintegration weiterentwickeln. Einen vielversprechenden Ansatz bietet eine wissenschaftliche Kooperation in Aachen.

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT und der Lehrstuhl für Digital Additive Production DAP der RWTH Aachen entwickeln zurzeit eine...

Im Focus: Die verborgene Struktur des Periodensystems

Die bekannte Darstellung der chemischen Elemente ist nur ein Beispiel, wie sich Objekte ordnen und klassifizieren lassen.

Das Periodensystem der Elemente, das die meisten Chemiebücher abbilden, ist ein Spezialfall. Denn bei dieser tabellarischen Übersicht der chemischen Elemente,...

Im Focus: The hidden structure of the periodic system

The well-known representation of chemical elements is just one example of how objects can be arranged and classified

The periodic table of elements that most chemistry books depict is only one special case. This tabular overview of the chemical elements, which goes back to...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Rittal und Innovo Cloud sind auf Supercomputing-Konferenz in Frankfurt vertreten

18.06.2019 | Veranstaltungen

Teilautonome Roboter für die Dekontamination - den Stand der Forschung bei Live-Vorführungen am 25.6. erleben

18.06.2019 | Veranstaltungen

KI meets Training

18.06.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Universität Jena mit innovativer Lasertechnik auf Photonik-Messe in München vertreten

19.06.2019 | Messenachrichten

Meilenstein für starke Zusammenarbeit: Neuer Standort für Rittal und Eplan in Italien

19.06.2019 | Unternehmensmeldung

Katalyse: Hohe Reaktionsraten auch ohne Edelmetalle

19.06.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics