FWF - Proteinporen - Computergenerierte de novo Proteinporen mit maßgeschneiderter Geometrie

Die Bausteine der Natur, Proteine, sind aus Aminosäuren aufgebaut, die sich zu einer spezifischen dreidimensionalen Struktur zusammenlagern. Diese spezifische Struktur von Proteinen erlaubt ihnen nahezu alle lebenswichtigen Prozesse in einer Zelle zu übernehmen. Die Abfolge der Aminosäuren auf einer Kette wird Aminosäuresequenz genannt und stellt die Primärstruktur von Proteinen dar, die alle notwendigen Informationen zur Faltung der finalen Struktur beinhaltet. Paradoxerweise ist die Anzahl der Möglichkeiten, die eine Aminosäuresequenz hat sich in eine definierte Struktur zu falten so groß, dass selbst kleine Proteine länger als das Alter unseres Universums brauchen würden, um alle möglichen Konformationen zu durchlaufen. Dieses Paradoxon wird als das Protein-Faltungs-Problem beschrieben. Die Lösung dieses Problems stellte neue Wege bereit um Proteine für spezifische Aufgaben und mit charakteristischen Strukturen herzustellen. Schon seit geraumer Zeit werden Proteine in der Biotechnologie, chemischen Industrie oder Pharmazie eingesetzt um neue Materialien, Medikamente und Biokatalysatoren herzustellen, und zur biologischen Dekontaminierung verwendet. Der größte Vorteil dabei ist, dass für die Herstellung von Proteinen weder viel thermische Energie aufgewandt werden muss, noch eine Menge giftiger Abfall anfällt. Für moderne Anwendungen müssen Biomaterialien dieser Art sehr stabil sein. Natürlich vorkommende Proteine sind allerdings oft sehr fragil und kommen daher für solche Anwendungen nicht in Frage. In diesem Projekt werden wir eine von uns entwickelte Methode nutzen und weiterentwickeln, die es uns ermöglicht außergewöhnlich stabile Proteine mit speziellen Strukturen am Computer zu berechnen und anschließend im Labor zu untersuchen. Dazu haben wir Gleichungen, die erstmals von Francis Crick im Jahr 1953 formuliert wurden und die es erlauben helikale Proteinstrukturen akkurat zu beschreiben verwendet und mit modernsten Computersimulationen von Proteinen kombiniert. Diese Herangehensweise ermöglicht es uns Proteine von beliebiger Größe und Gestalt zu designen - die neu erschaffenen Proteine sind stabil bei Temperaturen über 95°C und unter hoch degradierenden Bedingungen, was sie zu idealen Kandidaten für die Weiterentwicklung von Biomaterialen macht. Wir werden uns die außergewöhnliche Stabilität und beliebige Form dieser neuartigen Proteine zu Nutze machen, um Proteinporen zu entwickeln und deren biochemische und biophysikalische Eigenschaften erforschen. Das Projekt fokussiert sich auf Proteingeometrien, die speziell zur Filterung von giftigen Stoffen wie z.B. Quecksilber aus Wasser oder aber auch zur Identifizierung von DNA-Sequenzen genutzt werden können.