Proteindesign
Synonym: Proteinoptimierung
Englisch: protein design
Definition
Proteindesign ist das zielgerichtete Modifizieren der Funktion und/oder Eigenschaft von Proteinen durch Mutagenese der DNA.
Hintergrund
Die Tertiärstruktur eines Proteins hängt von der Anzahl und Reihenfolge der Aminosäuren ab, die unterschiedlich stark abstoßend oder anziehend aufeinander wirken und so die Faltung des Proteins beeinflussen. Geringe Modifikationen der Aminosäuresequenz führen daher in der Regel zu komplexen Veränderungen der Proteinstruktur, die einen unmittelbaren Einfluss auf die Funktion des Proteins hat. Sie lassen sich mit traditionellen Softwaresystemen meist nicht vorhersagen. Heute (2024) werden deshalb künstliche Intelligenz und Deep Learning eingesetzt, um die Struktur und Faltung synthetischer Proteine zu antizipieren.
Anwendung
Die spezifische Modifikation von Proteinen kann in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, u.a.:
- Anpassung der Enzymaktivität, um eine bestimmte chemische Reaktion zu katalysieren (z.B. für die Produktion von Chemikalien und Therapeutika oder zur Degradation von Toxinen)
- Anpassung der Bindungsspezifität von Proteinen (z.B. in der HIV-, Krebs- und Alzheimer-Forschung)
- Entwicklung und Anpassung von Rezeptoren (z.B. Calciumsensor)
- Verbesserung der Stabilität von Proteinen (z.B. thermodynamische Stabilität)
Das Verfahren des Proteindesigns basiert auf der Anpassung einzelner Aminosäuren (z.B. Punktmutation), dem Einbau bekannter Fragmente oder der Synthese von de-novo-Proteinen.
Quellen
- Listov et al. Assessing and enhancing foldability in designed proteins. Protein. Science. 31:e4400. 2022
- Spektrum.de – Wirkstoffe der Zukunft, abgerufen am 13.02.2024
- Kuhlman et al. Advances in protein structure prediction and design. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 20:681-697. 2019