Proteine gentechnisch produziert

Wissenschaftspreis der Stadt Ulm

Den Wissenschaftspreis der Stadt Ulm 2001 haben PD Dr. Reinhold Schirmbeck, Abteilung Medizinische Mikrobiologie und Hygiene der Universität Ulm, und Prof. Bernhard Lau, Fachbereich Feinwerktechnik der Fachhochschule Ulm, erhalten. Der Preis, der seit 1970 im Zweijahresturnus verliehen wird, ist mit 30.000 Mark dotiert.

Schirmbeck hat ein neues System zur Herstellung großer Mengen gentechnisch veränderter Proteine in tierischen Zellen entwickelt. Mittels eines speziellen Transport-DNA-Moleküls gelang es ihm, beachtliche Mengen auch solcher Proteine oder Proteinbestandteile zu produzieren, deren gentechnische Erzeugung bislang nicht oder nicht zuverlässig möglich war.

Bei der gentechnischen Produktion von Proteinen wird ein Gen oder Teil eines Gens in ein geeignetes Transport-DNA-Molekül, den sogenannten Vektor, eingefügt. Zellen, in die dieses Konstrukt integriert wird, erzeugen daraufhin das von der fremden DNA kodierte Protein. Für derartige Dienstleistungen lassen sich Bakterien, Hefezellen, Zellen von Insekten oder von Säugetieren programmieren. Dabei treten allerdings auch Probleme auf: Die auf diese Weise hergestellten Proteine werden, da sie sich in einer fremden Umgebung befinden, gegebenenfalls schnell abgebaut, oder sie verklumpen zu unlöslichen und für die Forschung unbrauchbaren Aggregaten. Manchmal sind sie sogar giftig für die Wirtszellen und verhindern so deren Vermehrung.

Diesen Problemen weicht das von Schirmbeck entwickelte System mit Hilfe zelleigener Chaperone aus. Chaperone sind in allen Organismen vorkommende Moleküle, die Proteinen helfen, sich in der Zelle korrekt zu falten. Ein bestimmtes Chaperon, das sogenannte Hitze-Schock-Protein hsp73, lässt sich so zur stabilen gentechnischen Produktion von Proteinen einsetzen. Schirmbeck fand heraus, dass hsp73 an ein kurzes Proteinfragment eines Virus namens SV40 fest bindet. Koppelt man nun dieses Proteinfragment mit molekulargenetischen Methoden an das gewünschte Protein, so entsteht ein chimäres Protein. An dieses hängt sich das zelluläre hsp73-Molekül an und sorgt dafür, dass der gesamte Komplex von der Zelle hergestellt und stabil gelagert wird. hsp73 verhindert, dass das fremde Protein in der produzierenden Zelle zerstörungsgefährdet ist und dass es seinerseits deren Wachstum beeinträchtigt.

Mit diesem System lassen sich beispielsweise Proteinbestandteile des Hepatitis-B-Virus und des mit dem Aids-Virus verwandten SI-Virus produzieren. Diese problematischen Kandidaten konnten bisher mit anderen Systemen nicht oder nur schlecht erzeugt werden. Schirmbeck erwartet, dass seine neue Methodik breite Anwendung finden wird. So gelang es seiner Arbeitsgruppe bereits, ausgewählte Antigenfragmente herzustellen, die als Impfstoffe oder als Nachweisantigene in der Diagnostik in Betracht kommen. Mit der in Ochsenhausen ansässigen Biotech-Firma Labor Dr. Koch & Dr. Merk, die sich auf die Produktion von diagnostischen Antigenen spezialisiert hat, will Schirmbeck sein System erstmals im industriellen Maßstab in Bioreaktoren testen.

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Peter Pietschmann idw

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