Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Metrology for biomolecular origin of disease

Fortschritte in der Molekularmedizin wie auch in der Lösung globaler Gesundheitsthemen wie Virusepidemien, Antibiotikaresistenzen oder metastasierender Krebs bedürfen eines umfassenden Verständnisses biomolekularer Strukturen und Funktionalität. So hat sich beispielsweise gezeigt, dass Konformationsfehlordnungen von Proteinen, die zu den Polypeptiden zählen, zu neurodegenerativen Erkrankungen führen und dynamische Übergänge eine wesentliche Rolle für die virale Infektiosität und antimikrobielle Mechanismen spielen.

Um dies zu erreichen, muss eine metrologische Infrastruktur vorhanden sein, die validierte Messungen und Standardisierungstechniken ermöglichen. Insbesondere gilt es, das Verständnis des Zusammenhangs zwischen Struktur und Aktivität auf molekularer und makromolekularer Basis zu verbessern und Grundsätze abzuleiten, die es ermöglichen, effizient neue Wirkstoffe zu entwickeln und die molekulare Diagnostik auszubauen.

Ziel des Projektes ist,eine metrologische Infrastruktur zu schaffen, mit der es möglich wird, die Beziehung zwischen biomolekularer Struktur und biologischer Funktion zu ermitteln. Der Schwerpunkt des Projektes wird auf Strukturmessungen an Polypeptiden, Molekülen, die aus mindestens zehn Aminosäuren bestehen, und der Bestimmung ihrer Eigenschaften in molekularer wie zellularer Umgebung liegen. Das übergeordnete Ziel besteht darin, für Polypeptide vorhersagen zu können, welche Abfolge von Aminosäuren mit welcher Funktion verbunden ist.

Die Untersuchungen werden exemplarisch an drei Modell-Peptidsystemen, die relevant für Antibiotika und antimikrobielle Resistenz, Antivirenmittel und Viruserkrankungen sowie für Antineoplastika und Krebs, durchgeführt werden. Die Ergebnisse werden auf andere Erkrankungen übertragbar sein. Im Projekt wird eine Kombination aus Verfahren mit niedriger Auflösung wie chiroptischer Spektroskopie und hochauflösenden Methoden wie Magnet-Resonanz-Tomographie für die Messung struktureller und morphologischer Details eingesetzt werden.

Das Projekt wird von der PTB koordiniert. Daneben leitet die PTB das fachliche Arbeitspaket, in dem eine Referenzmethodik für die Untersuchung von Peptidwechselwirkungen mit lebenden Zellen entwickelt wird. Zum einen werden hier als Ansatz die Molekulare Kernspintomographie und die Fluoreszenzmikroskopie verfolgt werden. Zum anderen wird die Synchrotron-basierte FTIR/THz-Mikrospektroskopie eingesetzt werden. Diese ermöglicht, chemische Abbilder von Polypeptiden in Zellen zu erhalten, ohne dass Marker oder Fixiermaterialien erforderlich sind.

Weitere Informationen über das Projekt und die Projektpartner:

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Ansprechpartner

Dr. André Henrion
Telefon: 0531 592 3120
E-Mail: andre.henrion@ptb.de