COSS - FFG

Laura Bassi Centres of Expertise
COSS - Center for Optimized Structural Studies
•
•
•
Leiterin: Univ.-Prof.in Mag.a Dr.in Kristina Djinovic-Carugo, Zentrum für Molekulare Biologie
Fördernehmerin: Universität Wien
Partner: Intercell AG, Universität Wien - Department for Structural and Computational Biology,
Forschungsinstitut für molekulare Pathologie GmbH
Proteine in der dritten Dimension
Wer die Struktur von Proteinen zu entschlüsseln vermag, kann zahlreiche Vorgänge im Körper besser
verstehen. Prof.in Kristina Djinovic-Carugo, Leiterin des Department für Strukturbiologie und
Computational Biology an den Max F. Perutz Laboratories der Universität Wien, untersucht im Laura
Bassi Zentrum COSS Methoden, um Proteine chemisch herzustellen und deren räumliche Dimension
zu erforschen.
Proteine, auch Eiweiße genannt, sind die Bausteine des Lebens und in jeder Zelle zu finden: Sie
transportieren körpereigene Stoffe und lenken die Dynamik der Zellreaktion. Auf diese Weise sind sie am
Aufbau und Funktionieren von lebenden Organismen wesentlich beteiligt: Bei Pflanzen steuern sie die
Photosynthese, bei Menschen den Stoffwechsel sowie sämtliche biochemische Reaktionen. Wer den
räumlichen Aufbau eines Proteins kennt, kann biologische Vorgänge besser verstehen und Krankheiten
zielgerichteter erforschen. Der Mensch besteht aus 40.000 Proteinen, davon sind heute mehrere 1.000
bekannt. Ist die Struktur eines Proteins erst einmal entschlüsselt, lässt es sich in bunten Bildern
darstellen: ineinander verwobene Helices, gefaltete Spiralen, kugelige Ketten. Die Mehrzahl der Proteine
konnte noch nicht enträtselt werden, denn ein einzelnes Eiweißmolekül besteht aus tausenden von
Atomen und ist so klein, dass es unter keinem noch so genauen Mikroskop sichtbar wird.
Proteinen werden zu Kristallen
Daher müssen andere Methoden zur Visualisierung angewandt werden: Die sogenannten
Röntgenstrukturanalyse erfordert es jedoch, dass Proteine in einem ersten Schritt in Kristalle verwandelt
werden. Bei der Kristallisationsforschung setzt das COSS Forschungsprojekt an. Denn viele Proteine sich
nur schwer zum Kristallisieren zu bringen. Es bedarf zahlreicher Vorversuche, um für jedes Protein die
optimalen Kristallisationsbedingungen zu ermitteln. Manche Proteine kristallisieren schon nach wenigen
Versuchen, andere erst nach 2-5 Jahren intensiver Arbeit. Wieder andere kristallisieren nie, trotz
jahrzehntelanger Bemühungen in vielen Labors. Die Forschung benötigt für diese Versuche große Mengen
reinen Proteins, die Produktion gestaltet sich jedoch schwierig. COSS forscht deswegen an innovativen,
beschleunigten Methoden, um ausreichende Mengen hochqualitativen Proteins herzustellen, die sich für
ein Kristallisationsverfahren eignen.
Proteine bestrahlen
Dafür wählt COSS folgende Ansätze: Einzelne Protein-Sequenzen werden ausgewählt, um Rückschlüsse
auf deren Stabilität und die Kristallisationsbedingung zu ziehen. Andererseits versucht Kristina DjinovicCarugo durch systematische Verkleinerungen der Proteine ihre Stabilität und damit die
Kristallisationswahrscheinlichkeit zu erhöhen. Auf diese Weise werden die am besten geeigneten Proteine
selektiert. Ist die Kristallisation gelungen, werden die Proteinkristalle mit Röntgen-Strahlen beschossen –
die sogenannte Röntgenstrukturanalyse. Wenn ein Strahl auf ein kristallines Atomgitter trifft, wird dieser
gemäß der atomaren Struktur zerstreut, und die Struktur des Proteins kann Atom für Atom sichtbar
1/2
gemacht werden. Es wird dann möglich, das Protein dreidimensional auf einem Bildschirm zu sehen, es zu
drehen und hineinzuzoomen. Heute forschen Expertenteams wie COSS weltweit an der Enträtselung von
Proteinstrukturen.
In die Struktur der Proteine vordringen
Prof.in Kristina Djinovic-Carugo wurde in Slowenien geboren und studierte Chemie an der Universität
Ljubljana. Im Rahmen ihrer Diplomarbeit hatte sie ein Schlüsselerlebnis, als sie die Struktur einer MolekülVerbindung als erste entdeckte. Dieses Ereignis war für ihre weitere molekularbiologische Karriere
entscheidend. Später forschte sie in Pavia (Italien) und am renommierten European Molecular Biology
Laboratory (EMBL) in Heidelberg, sowie in Triest mit der Forschungsgruppe für Strukturbiologie und
Kristallographie an der Synchrotron Einrichtung. 2004 kam der Ruf an die Universität Wien als Professorin
für makromolekulare Kristallographie an den Max F. Perutz Laboratories am Campus Vienna Biocenter. Die
Max F. Perutz Laboratories sind ein 2005 gegründetes Joint-Venture der Universität Wien und der
Medizinischen Universität Wien. Diese interuniversitäre Kooperation ist ein neuer und innovativer Ansatz,
um Forschung und Lehre an beiden Universitäten zu stärken. Über das von ihr geleitete Laura Bassi
Zentrum sagt Kristina Djinovic-Carugo: "In der Wissenschaft muss Exzellenz immer das wichtigste Kriterium
sein. Die Laura Bassi Centres fördern exzellente Frauen für deren exzellente Forschungsleistung und nicht
Frauen, weil sie Frauen sind – meiner Meinung nach ist das der richtige Weg."
2/2