Seifen für die Wirkstoffforschung Zellmembran im Schonwaschgang: So kommen Forscher an Biomoleküle

Seifen eignen sich nicht nur zum Händewaschen. Mit speziellen Seifen lösen Wissenschaftler auch Proteine aus Biomembranen heraus, um sie näher zu untersuchen und neue Medikamente aus ihnen zu entwickeln. Um das Auswaschen der Proteine zu verbessern, haben Forscher der TU Dortmund nun ein Verfahren entwickelt, mit dem sie leichter und besser neue Seifen für die Medikamentenforschung herstellen können.

Dortmund – Proteine erfüllen diverse Funktionen im Körper. Die Biomoleküle sind zentral für die Verdauung im Darm, für die Lichtwahrnehmung im Auge und bei der Erkennung und Bekämpfung von Krankheitserregern. Sie sind daher fast überall im Körper zu finden, auch in den Biomembranen der Zellen. Die dort eingelagerten Proteine sind besonders wichtige Ansatzpunkte für die Entwicklung neuer Medikamente. Doch zunächst gilt es, an diese Moleküle heranzukommen.

Wer knackt den Seifencode?

Forscher nutzen spezielle Seifen, um die Proteine aus den Membranen herauszulösen, ohne dabei die empfindlichen Strukturen zu beschädigen. Einmal herausgelöst, können die Proteine sowie ihre Bindung an Wirkstoffe genau untersucht werden. Bisher ist jedoch nicht klar, warum dieses Auswaschen nur mit bestimmten Seifen gelingt, während andere Seifen die Membranproteine schädigen und für die Wirkstoffforschung unbrauchbar machen. „Seit Jahrzehnten werden Seifen durch Versuch und Irrtum optimiert“, sagt Dr. Leonhard H. Urner, der eine Nachwuchsforschungsgruppe an der Fakultät für Chemie und Chemische Biologie der TU Dortmund leitet. „Wir wollen den Seifencode knacken, um die Entwicklung neuer Wirkstoffe voranzutreiben.“

Um dem Geheimnis der perfekten Seife auf die Spur zu kommen, haben die Wissenschaftler in einer Studie so genannte skalierbare Hybrid-Seifen entwickelt und systematisch an Membranproteinen untersucht. Sie fanden heraus, dass ein effektives Herauslösen von Proteinen aus Biomembranen mit der Molekülform und Polarität von Seifen zusammenhängt. Beide Parameter lassen sich mit mathematischen Modellen beschreiben. „Mithilfe dieser Modelle reduzieren wir die chemische Komplexität von Seifen auf einfache Zahlen, um experimentelle Vorhersagen für die Untersuchung von Membranproteinen zu treffen“, erklärt Gruppenleiter Urner.

Biochemie

Werkzeugkasten für die Wirkstoffentwicklung erhält Zuwachs

Medikamentenentwicklung erleichtern

In einer zweiten Studie hat das Team zusätzlich ein Reinigungskonzept für Proteine herausgearbeitet, um den Einfluss von Biomembranen auf die Wirkung von Medikamenten besser nachzuvollziehen. „Mithilfe skalierbarer Hybrid-Seifen und dem Reinigungskonzept sollen in Zukunft Wechselwirkungen zwischen Biomembranen, Proteinen und Wirkstoffen einfacher untersucht werden können, um auf diese Weise neue Medikamente zu entwickeln“, fasst der Studienleiter Urner zusammen.

Originalpublikationen:

Leonhard H. Urner, Armin Ariamajd and Alex Weikum: Combinatorial synthesis enables scalable designer detergents for membrane protein studies, Chemical Science, 30 Aug 2022; DOI: 10.1039/D2SC03130B

Leonhard H. Urner: Advances in membrane mimetics and mass spectrometry for understanding membrane structure and function, Current Opinion in Chemical Biology, Volume 69, August 2022, DOI: 10.1016/j.cbpa.2022.102157

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