Das erste vollständige Proteom

Die Gene eines Organismus sind lediglich die Blaupausen für die eigentlichen Funktionsträger der Zelle, die Eiweiße (Proteine). Leider konnte man Proteine bisher nicht in der gleichen Genauigkeit und in der gleichen Tiefe messen wie die DNA. Am Max-Planck-Institut für Biochemie ist es nun zum ersten Mal gelungen, die Gesamtheit der Proteine eines Organismus - sein Proteom - zu messen. Mögliche Anwendungen reichen von fast allen Gebieten der biologischen Grundlagenforschung bis hin zur Krebsdiagnose.

Die Verarbeitung der Erbinformation

In jeder Zelle wird Erbinformation, die in der DNA kodiert und gespeichert ist, in Eiweißmoleküle übersetzt. Die daraus entstehenden Proteine unterscheiden sich voneinander durch die Reihenfolge von 20 verschiedenen Aminosäurebausteinen. Proteine gehören zu den aktiven Molekülen der Zelle, während die DNA lediglich als Informationsspeicher dient. Proteine sind zum Beispiel dafür zuständig, der Zelle Struktur zu geben, Nahrung enzymatisch zu spalten und den Informationsfluss der Zelle zu steuern. Während umfassende DNA-Analysen in der Biologie mittlerweile Routine sind und die komplette Erbanlage vieler Arten und Lebewesen bekannt ist, steckt die ebenso wichtige Gesamtanalyse der Proteine eines Organismus vergleichsweise noch in den Kinderschuhen.

Massenspektrometrie als grundlegende Technik der Proteomik

Die Massenspektrometrie ermöglicht es, ein Signal von allen Stoffen zu erhalten, die vorher in das Vakuum des Massenspektrometers überführt und ionisiert wurden. Im Jahre 1988 gelang es John Fenn, Proteine mithilfe des von ihm entwickelten Elektrosprays zu verdampfen und zu ionisieren, wofür er 2002 den Nobelpreis in Chemie erhielt. Damit schuf er eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Proteomik. Abbildung 1 stellt den Arbeitsgang der modernen Proteomik dar.

Wir arbeiten intensiv daran, die auf Massenspektrometrie basierte Proteomik leistungsstärker zu machen. So werden beispielsweise Proteine in der Regel mithilfe von Verdauungsenzymen in kurze Proteinbruchstücke verwandelt, die sich dann nachfolgend wesentlich einfacher massenspektrometrisch analysieren lassen. Im vergangenen Jahr entwickelten wurde eine Methode entwickelt, die die Effizienz, mit der Proteine aus Zellen extrahiert und verdaut werden können, stark verbessern konnte (Filter-aided sample preparation, FASP.

Die Massenspektrometer in unserer Abteilung sind sogenannte Orbitraps. Hier umkreisen die Ionen eine Spindel im Hochvakuum, und die gemessene Frequenz ergibt hochaufgelöste und sehr genaue Massenspektren. Im Rahmen von Netzwerken, die von der Europäischen Union gefördert werden, trägt unsere Gruppe zusätzlich zur Weiterentwicklung der Massenspektrometrie bei.

Quelle: Max-Planck-Gesellschaft