Prof. Dr. Wolfgang Baumeister
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Entwicklungsbiologie . Informatik . Medizin . Neurobiologie . Strukturbiologie . Zellbiologie
Visuelle Proteomik
Wenn die genetische Information einer Zelle eine Art »Drehbuch des Lebens« darstellt, so sind die Proteine die Protagonisten. Doch wer führt dabei Regie und bestimmt darüber, wer wo mit wem zusammenarbeitet – und zu welchem Zweck? Um das zu beantworten, haben Wissenschaftler die herkömmliche Elektronenmikroskopie zu einem machtvollen Instrument weiterentwickelt: die Kryo-Elektronentomographie (Kryo-ET). Sie kann Makromoleküle und Molekülkomplexe im natürlichen räumlichen Zusammenhang innerhalb der Zelle sichtbar machen und charakterisieren1,2.
UNGESTÖRTE BEOBACHTUNG
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Zu diesem Zweck werden tomographische Methoden, ähnlich wie man sie aus der medizinischen Diagnostik kennt, auf schockgefrorene Zellen oder andere Objekte angewandt (»kryo« bedeutet kalt). Kombiniert mit anderen Möglichkeiten der Bildgebung und biochemischen Analysen könnte es Wissenschaftlern einen revolutionären Ansatz bieten, die komplexe Arbeitsweise aller Proteine einer Zelle, des Proteoms, zu verstehen.
Jede Zelle birgt eine enorme Vielfalt hochmodularer »Biomaschinen«, die aus verschiedenen Bauteilen bestehen. Größtenteils setzen sie sich aus Proteinen zusammen, deren konzertierte Aktion lebenswichtige Prozesse wie die Expression von Genen, die Zellteilung und den Stoffwechsel antreibt. Einige dieser Komplexe sind so stabil, dass man sie von den übrigen Zellbestandteilen reinigen und ihren Aufbau beispielsweise mittels Röntgenkristallographie bis auf Atomebene bestimmen kann. Viele andere aber beruhen auf kurzlebigen und schwachen Interaktionen3.
Zwar gibt es experimentelle Methoden, mit denen Wissenschaftler auf die Zusammensetzung und Funktion solcher Gebilde schließen können. Besser wäre es jedoch, diese mit hochauflösenden bildgebenden Verfahren in ihrem ungestörten zellulären Milieu zu beobachten4,5. Solche Ansätze könnten Grundstein für eine »visuelle Proteomik« sein, bei der die verschiedenen Proteine einer biologischen Probe direkt in ihrem natürlichen Umfeld abgebildet werden – statt in einem stark manipulierten mikroskopischen Präparat.
