Proteine schonend aufreinigen Per Licht-Anker zu reinen Proteinen

Anbieter zum Thema

Technische Universität München

TOSOH Bioscience GmbH

SIM Scientific Instruments Manufacturer GmbH

YMC Europe GmbH

Proteinisolierung in der sanften Variante: dies praktizieren Forscher der technischen Universität München. In ihrem physikalischen Trennverfahren nutzen sie molekulare Anker, die durch verschiedene Lichtstrahlung die Zielproteine an einem Trägermaterial festhalten und wieder unbeschädigt freigeben.

Wer molekularbiologisch oder -medizinisch forscht und arbeitet, benötigt Proteine in reiner Form. Diese lassen sich gezielt untersuchen oder als Wirkstoff einsetzen. Doch wie gelangt man an solche Proteine in Reinform? Sie werden aus natürlichen Quellen isoliert oder mithilfe von genetisch veränderten Zellen produziert. Das hierfür gängige Verfahren ist seit 50 Jahren die Affinitätschromatographie. Dabei werden die Zellextrakte oder Kulturen durch eine Chromatographie-Säule geleitet, die mit einem porösen Trägermaterial gefüllt ist. Das Zielprotein wird an diesem Trägermaterial gebunden, durch Waschen mit einem Lösungsmittel von anderen Proteinen und Verunreinigungen abgetrennt und schließlich mit Säuren oder anderen Hilfsreagenzien von der Säule wieder abgelöst. Dieses Verfahren hat aber einen Nachteil: Das so gereinigte Zielprotein kann gerade bei dem letzten Schritt beschädigt werden.

Ein Team um Arne Skerra, Professor für Biologische Chemie an der Technischen Universität München (TUM), hat deshalb einen neuen Ansatz entwickelt: „Wir nutzen einen physikalischen Mechanismus anstelle chemischer Reagenzien. Dies unterscheidet unsere Technologie grundlegend von dem herkömmlichen Verfahren und macht sie zur schonenderen und effizienteren Alternative“, sagt Skerra.

Praxistag HPLC

Tipps & Tricks für Ihren Alltag im Labor

Der Praxistag HPLC ist der Treffpunkt für Labormitarbeiter, Laborleiter und Anwendungsexperten aus Industrie und Forschung, um gemeinsam über die Hochleistungsflüssigchromatographie zu diskutieren, sich auf den neuesten Stand zu bringen und Anregungen für den täglichen Umgang mit HPLC-Systemen und ihren Komponente zu erhalten. Der nächste Praxistag findet am 5. und 6. November 2025 in Karlsruhe statt. In diesem Jahr erwartet Sie eine exklusive Werksführung bei Agilent Technologies, dem weltweit führenden Anbieter von analytischen Labortechnologien. Bei einer Buchung bis zum 31. Juli profitieren Sie von unserem Frühbucherpreis.

Jetzt anmelden

Ein Protein-Anker, der auf Licht reagiert

Auch bei dem neuen Verfahren kommt eine Chromatographie-Säule zum Einsatz, die mit einem porösen Trägermaterial gefüllt ist. Den wesentlichen Unterschied machen dann aber LED-Leuchten, die um die Säule angebracht sind, sowie ein kleines Molekülanhängsel, das dem Zielprotein angefügt wird.

Peristaltische Pumpe für mikrofluidische Systeme

Was den Biochip im Fluss hält

Entwickelt wurde das minimalistische Anhängsel namens Azo-Tag von Peter Mayrhofer, Markus Anneser und Stefan Achatz zusammen mit Skerra am Lehrstuhl für Biologische Chemie auf Grundlage der lichtsensiblen chemischen Gruppe „Azobenzol“. Es kann seine Gestalt unter bestimmter Lichteinstrahlung ändern und fungiert für das Zielprotein wie ein molekularer Anker: Bei Licht oder in der Dunkelheit bindet das Zielprotein über diesen Anker hochspezifisch an das Trägermaterial in der Chromatographie-Säule. Andere enthaltene Stoffe und Verunreinigungen können ausgewaschen werden, wobei das Zielprotein mit seinem Anker geschont wird.

Werden dann die LED-Leuchten angeschaltet und die Säule mit mildem UV-Licht von 355 Nanometer Wellenlänge bestrahlt, ändert das Anhängsel seine Form. Es lässt, vereinfacht gesagt, das Trägermaterial los, sodass das Zielprotein mit dem Azo-Tag in reiner, konzentrierter und unversehrter Form aus der Säule gewaschen wird. Das so isolierte Protein kann direkt für weitere Untersuchungen genutzt werden – also ohne zusätzliche Reinigungsschritte.

Kleine Säule mit großem Potenzial

Am Lehrstuhl für Biologische Chemie arbeitet man mittlerweile regelmäßig mit der Methode und hat so auch schon Antikörper gegen Brustkrebs gereinigt. Aktuell wird im Labor noch eine kleine Version der Apparatur genutzt. Die Chromatographie-Säule misst knapp einen Zentimeter im Durchmesser, könnte aber nach Einschätzung des Teams auch in größerem Maßstab gebaut werden.

Zudem gibt es weitere Pläne, sagt Skerra, der mit seinen Mitarbeitern auf dieses Verfahren mittlerweile ein Patent angemeldet hat: „Wir arbeiten gerade daran, die Abläufe zu automatisieren, um noch effizienter zu werden, gerade auch für die Hochdurchsatz-Wirkstoffentwicklung in Pharma- oder Biotechnologieunternehmen.“

Originalpublikation: Mayrhofer, P., Anneser, MR., Schira, K. et al.: Protein purification with light via a genetically encoded azobenzene side chain, 15, Article number: 10693 (2024); DOI: 10.1038/s41467-024-55212-y

(ID:50349902)