Mit zwei neuen Hochleistungs-Massenspektrometern erweitert die Technische Universität Berlin ihre Möglichkeiten in der biomedizinischen Grundlagenforschung deutlich. Am Fachgebiet für Bioanalytik unter der Leitung von Juri Rappsilber werden künftig komplexe Protein-Netzwerke in Zellen mit bislang nicht erreichter Präzision analysiert. Ziel der Arbeiten ist es, molekulare Ursachen von Krankheiten besser zu verstehen und zugleich neue Grundlagen für nachhaltige Verfahren in der Grünen Chemie zu schaffen.
Protein-Netzwerke mit Crosslinking-Massenspektrometrie entschlüsseln
Proteine steuern nahezu alle Vorgänge in lebenden Zellen und wirken dabei selten isoliert, sondern in komplexen Netzwerken. Um diese Wechselwirkungen zu analysieren, setzt das Team auf die sogenannte Crosslinking-Massenspektrometrie. Dabei werden Proteine, die in der Zelle miteinander in Kontakt stehen, an ihren Berührungsstellen chemisch verbunden. Diese stabilisierten Komplexe werden anschließend gezielt zerlegt und in mehreren Messschritten analysiert.
Im Massenspektrometer werden die entstehenden Fragmente zunächst nach ihrer Masse getrennt und danach weiter fragmentiert. Die gemessenen Daten werden mit rechnerisch vorhergesagten Proteinbruchstücken aus dem gesamten Genom abgeglichen. Auf diese Weise lassen sich die beteiligten Proteine identifizieren und ihre räumlichen Beziehungen rekonstruieren. Das Verfahren ermöglicht es, Protein-Interaktionen in ihrer natürlichen zellulären Umgebung zu untersuchen und nicht nur isoliert im Reagenzglas.
Mit den neuen Geräten kann diese Methodik nun auf einem deutlich höheren technischen Niveau eingesetzt werden. Eine besonders hohe Empfindlichkeit erlaubt es, selbst sehr geringe Proteinmengen zu analysieren. Dadurch lassen sich Prozesse in einzelnen Zellen oder unter speziellen Bedingungen wie Stresszuständen differenziert untersuchen. Dies ist insbesondere für die Erforschung von Krankheitsmechanismen relevant, bei denen kleine molekulare Veränderungen große Auswirkungen haben können.
Relevanz für Medizin und nachhaltige Chemie
Das tiefere Verständnis von Protein-Netzwerken bildet eine zentrale Grundlage für die moderne Medizin. Wenn bekannt ist, welche Interaktionen bei Krankheiten gestört sind, lassen sich gezielt therapeutische Ansatzpunkte entwickeln. Die Forschung in Berlin zielt darauf ab, solche Zusammenhänge bis ins atomare Detail aufzuklären. Erste Ansätze aus dem Umfeld des Fachgebiets befinden sich bereits auf dem Weg in die medizinische Anwendung, unter anderem im Bereich der Krebsforschung. Gleichzeitig eröffnen die gewonnenen Erkenntnisse Perspektiven für die Grüne Chemie. Proteine können als Bausteine für neue zelluläre Maschinen dienen, mit denen sich chemische Prozesse nachhaltig gestalten lassen. Im Exzellenzcluster UniSysCat wird daran gearbeitet, biologische Systeme zur Umwandlung von Kohlendioxid in nützliche Chemikalien zu nutzen. Die neuen Massenspektrometer liefern dafür wichtige Grundlagen, indem sie helfen, die Funktionsweise komplexer Proteinkomplexe zu verstehen und gezielt zu optimieren.
Ein besonderes Signal für die Bedeutung des Standorts ist die enge Zusammenarbeit mit dem Gerätehersteller Thermo Fisher Scientific. Eines der Massenspektrometer wurde nach Abschluss der Entwicklungsphase erstmals weltweit an der TU Berlin installiert. Ein zweites System wird derzeit gemeinsam als Spezialanfertigung entwickelt und soll eine neuartige Messmethode nutzen, die den Analyseprozess weiter vereinfacht und beschleunigt.
