Viele f\u00fcr die moderne Medizin und Wissenschaft wichtige Proteine sind nur schlecht l\u00f6slich. Dazu geh\u00f6ren beispielsweise zahlreiche Antik\u00f6rper oder alle in den Zellmembranen verankerten Rezeptoren, auf die rund 60 Prozent der aktuellen medizinischen Wirkstoffe zielen. \u00dcberschreitet die Konzentration dieser Proteine einen gewissen Schwellenwert, verklumpen sie und verlieren ihre Funktionen.\u00a0<\/p>\n
Das Verklumpen verunm\u00f6glicht es, diese Molek\u00fcle im Labor automatisiert herzustellen. Da bei der Proteinproduktion mit spezialisierten Syntheserobotern immer mehrere Teilst\u00fccke zu einem vollst\u00e4ndigen Protein verkn\u00fcpft werden m\u00fcssen, reicht meist sogar ein einzelnes schwerl\u00f6sliches Proteinsegment, um die Herstellung zu blockieren. Die bisher bekannten Methoden, mit denen Chemiker:innen Proteinteilst\u00fccke verkn\u00fcpfen, funktionieren n\u00e4mlich nur, wenn diese in vergleichsweise hohen Konzentrationen gel\u00f6st vorliegen.\u00a0<\/p>\n
Wissenschaftler unter der Leitung von Jeffrey Bode, Professor am Laboratorium f\u00fcr organische Chemie der ETH Z\u00fcrich, haben jetzt einen Weg gefunden, \u00fcber den sich auch schwerl\u00f6sliche Proteinteilst\u00fccke zu funktionierenden Proteinen verkn\u00fcpfen lassen. Sie machten sich dabei die speziellen Eigenschaften einer chemischen Verbindung zunutze, die das Element Bor enth\u00e4lt.\u00a0<\/p>\n
Langsame Chemie setzt Konzentrationsgrenzen\u00a0 <\/p>\n
Der grosse Unterschied der ETH-Methode zu den herk\u00f6mmlichen Vorgehensweisen besteht in der Geschwindigkeit der Verkn\u00fcpfungsreaktion. W\u00e4hrend die Biochemie in den Zellen von Lebewesen dank Enzymen sehr schnell abl\u00e4uft, m\u00fcssen derartige Reaktionen im Labor in der Regel stundenlang ger\u00fchrt werden.\u00a0\u00a0<\/p>\n
Diese Langsamkeit beschr\u00e4nkt auch den Konzentrationsbereich, in dem Chemiker:innen die Reaktionen im Labor nutzen k\u00f6nnen. Denn je langsamer eine Reaktion abl\u00e4uft, desto h\u00f6her muss die Konzentration der reagierenden Stoffe sein, damit sie planm\u00e4ssig funktioniert. Die neue Verkn\u00fcpfungsmethode von Bodes Gruppe l\u00e4uft jedoch rund 1000-mal schneller ab und funktioniert deshalb auch bei 1000-mal kleineren Konzentrationen.\u00a0<\/p>\n
Bor er\u00f6ffnet neue M\u00f6glichkeiten\u00a0 <\/p>\n
Die Beschleunigung der Reaktion gelang, indem die ETH-Chemiker:innen Bor-Atome in die Kohlenstoff-basierten Molek\u00fcle eingef\u00fchrt haben. Diese kommen in nat\u00fcrlichen Molek\u00fclen nicht vor.\u00a0\u00a0<\/p>\n
Das Halbmetall tanzt mit seinen Eigenschaften in vielerlei Hinsicht aus der Reihe. Verbindet es sich mit Metallen, sorgt es f\u00fcr \u00e4usserst harte und hitzebest\u00e4ndige Metalllegierungen. Mit den Nichtmetallen Kohlenstoff, Sauerstoff oder Stickstoff l\u00e4sst es sich hingegen im Labor zu Molek\u00fclen mit oft ungew\u00f6hnlichen Reaktionseigenschaften verbinden. Der Japaner Akira Suzuki und der US-Amerikaner Richard Heck haben 2010 f\u00fcr die Entwicklung von Bor-basierten Kupplungsreaktionen zur Labor-Synthese von Naturstoffen den Nobelpreis f\u00fcr Chemie erhalten.\u00a0<\/p>\n
Bode erkl\u00e4rt: \u00abIn der Elektronenh\u00fclle des Halbmetalls Bor gibt es einen freien Platz, den Nichtmetalle nicht haben. \u00dcber diese \u2039L\u00fccke\u203a k\u00f6nnen Elektronen von Nichtmetallen Bindungen eingehen. Das er\u00f6ffnet zus\u00e4tzliche Reaktionsm\u00f6glichkeiten. Und diese Reaktionen laufen h\u00e4ufig auch aussergew\u00f6hnlich schnell ab.\u00bb\u00a0<\/p>\n
Steiniger Weg zum S\u00e4ureschutz\u00a0 <\/p>\n
2012 hat Bodes Forschungsgruppe erstmals gezeigt, dass eine Kohlenstoffverbindung, in der Bor mit Fluor zu einer neuartigen chemischen Gruppe kombiniert war, Proteinteilst\u00fccke ausgesprochen schnell und zuverl\u00e4ssig verkn\u00fcpfen kann. Diese Verbindung war jedoch gegen\u00fcber starken S\u00e4uren nicht stabil. Deshalb konnte sie nicht in der automatisierten Synthese eingesetzt werden.\u00a0<\/p>\n
Damit die empfindliche Bor-Verbindung die harten Bedingungen im Laborroboter \u00fcberstehen konnte, ben\u00f6tigte sie eine sch\u00fctzende chemische Verpackung. Der Weg dazu war jedoch steinig. Vier Jahre lang testeten die Forscher verschiedene Strategien \u2013 meist erfolglos.\u00a0\u00a0<\/p>\n
Der Durchbruch gelang schliesslich durch Zufall, als ein Doktorand einen Weg pr\u00fcfte, von dem das Team glaubte, dass er nicht funktioniert. Die daraus entwickelte Schutzverbindung nimmt die Bor-Gruppe nun von drei Seiten \u00abin die Zange\u00bb. So kann sie w\u00e4hrend der Herstellung der Proteine nicht durch die S\u00e4uren zersetzt werden.\u00a0<\/p>\n
Bode betont: \u00abDerart grundlegende Forschung, bei der wir ohne Aussicht auf Erfolg in ein unbekanntes wissenschaftliches Terrain vorstossen k\u00f6nnen, ist nur dank ungebundenen Mitteln des Schweizerischen Nationalfonds und der ETH m\u00f6glich.\u00bb\u00a0<\/p>\n
Nicht-nat\u00fcrliche Aminos\u00e4uren und Krebstherapien\u00a0 <\/p>\n
Dank der ETH-Methode k\u00f6nnen nun verklumpungsanf\u00e4llige Antik\u00f6rper, Proteinmedikamente oder medizinisch wichtige Membranproteine mit Laborrobotern hergestellt werden.\u00a0\u00a0<\/p>\n
Dazu kommt, dass sich an jeder gew\u00fcnschten Position von schwerl\u00f6slichen Proteinen auch nicht-nat\u00fcrliche Aminos\u00e4uren mit speziellen Eigenschaften einf\u00fchren lassen. Diese Bausteine k\u00f6nnen Chemiker:innen beispielsweise gezielt in ein Protein einbauen, wenn sie ihn an einer bestimmten Stelle mit einem Wirkstoff verbinden m\u00f6chten. Auf diese Weise hergestellte Antik\u00f6rper-Wirkstoff-Verbindungen werden unter anderem in Krebstherapien verwendet, die gesundes Gewebe nicht sch\u00e4digen.\u00a0<\/p>\n
Wie die Methode in der Klinik zum Einsatz kommen wird, steht noch nicht fest. Bode selbst hat 2020 das ETH-Spin-off Bright Peak Therapeutics mitgegr\u00fcndet, welches die in seiner Forschungsgruppe entwickelten Technologien nutzt, um Immuntherapien zur Bek\u00e4mpfung von Krebs zu entwickeln. Ein erstes Therapeutikum wird bereits klinisch erprobt. Die neue, Bor-basierte Methode k\u00f6nnte helfen, die Produktpipeline des Spin-offs weiter auszubauen.\u00a0<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Viele f\u00fcr die moderne Medizin und Wissenschaft wichtige Proteine sind nur schlecht l\u00f6slich. Dazu geh\u00f6ren beispielsweise zahlreiche Antik\u00f6rper…\n","protected":false},"author":2,"featured_media":37396,"comment_status":"","ping_status":"","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[15],"tags":[46,7982,330,43,12218,45,60,59,44,64,61,63,62],"class_list":{"0":"post-37395","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-wissenschaft-technik","8":"tag-ch","9":"tag-d-chab","10":"tag-medizin","11":"tag-news","12":"tag-pharmazeutische-wissenschaften","13":"tag-schweiz","14":"tag-science","15":"tag-science-technology","16":"tag-switzerland","17":"tag-technik","18":"tag-technology","19":"tag-wissenschaft","20":"tag-wissenschaft-technik"},"share_on_mastodon":{"url":"https:\/\/pubeurope.com\/@ch_de\/116204447557002311","error":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/37395","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=37395"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/37395\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/37396"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=37395"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=37395"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=37395"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}