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Kriställchen im Tröpfchen |
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Hochdurchsatzverfahren zur Optimierung der
Kristallisationsbedingungen von Proteinen. |
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Die räumliche Struktur eines Proteins ist für seine
Funktion entscheidend und damit für die Biowissenschaften von
besonderem Interesse. Die Schwierigkeit dabei: Für die
Strukturaufklärung via Röntgenstrukturanalyse braucht man einen
Kristall. Viele Proteine sind aber nur mühsam zum Kristallisieren zu
bewegen, Fällmittel und weitere Additive müssen nachhelfen. Zahlreiche
aufwändige Vorversuche sind nötig, um für jedes Protein die optimalen
Kristallisationsbedingungen auszutüfteln. Mit einer neuen Mikromethode
gelingt es Chicagoer Chemikern um Rustem F. Ismagilov nun,
Proteinkriställchen in winzigen Tröpfchen zu züchten. Rasch und
einfach lassen sich so die am besten geeigneten Parameter ermitteln.
Basis der Technik ist ein etwa daumennagelgroßer
Kunststoffchip mit einem System aus feinsten Kanälchen. Seitenkanal
eins enthält eine wässrige Lösung des Proteins, ein zweiter das
Fällmittel, ein dritter eine Pufferlösung mit weiteren Additiven.
Diese drei Seitenkanäle münden an der selben Stelle in den Hauptkanal,
durch den ein spezielles Öl fließt. Werden die Lösungen der
Seitenkanäle langsam gefördert, entstehen an der Mündung
Wassertröpfchen von wenigen Nanolitern, die alle drei Komponenten
enthalten. Diese werden vom strömenden Öl mitgenommen und weiter in
eine lange, feine Glaskapillare transportiert. Die Zusammensetzung der
Tröpfchen kann gezielt über die Fließgeschwindigkeit in den einzelnen
Seitenkanälen variiert werden. Ist die Kapillare voll mit dicht
gepackten, durch die Ölphase getrennten Tröpfchen, wird sie vom Chip
abgenommen, verschlossen und gekühlt. In Tropfen mit geeigneten
Konzentrationsverhältnissen kristallisiert das Protein aus. Zur
Beschleunigung der Kristallisation lassen sich die Tröpfchen auch
kontrolliert aufkonzentrieren: Über ein zweites Seitenkanalsystem wird
eine zweite Sorte Tröpfchen erzeugt, die lediglich eine wässrige
Salzlösung enthält. Beide Tröpfchensorten werden alternierend in das
Öl gefördert. Der Trick dabei: Die Salzkonzentration in den "salzigen
Tröpfchen" ist höher als in den proteinhaltigen. Aufgrund des
osmotischen Drucks wandern Wassermoleküle langsam aus den Tröpfchen
mit der niedrigeren Salzkonzentration durch das Öl in die Tröpfchen
mit der höheren. Die proteinhaltigen Tröpfchen schrumpfen also - damit
steigt ihre Proteinkonzentration.
Die gefüllte Kapillare lässt sich sogar leicht nach
Kriställchen durchforsten, die eine ausreichende Qualität für eine
Strukturanalyse mitbringen, denn die Kristalle können direkt in der
Kapillare geröngt werden. Die Gefahr, die empfindlichen Gebilde beim
Überführen auf einen anderen Träger zu beschädigen, ist damit gebannt.
Unter den als optimal identifizierten Bedingungen züchtet man dann
größere Proteinkristalle für deren Strukturaufklärung. |
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30. April 2004 |
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Quellen und weitere Informationen: |
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© 2004 ChemLin, aktualisiert am
30 April 2011
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