Prof. Dr. Birte Höcker in einem Biochemie-Labor auf dem Bayreuther Campus. Mit der Forschungsapparatur ist es möglich, die durchschnittliche Größe von Proteinen und ihre absolute Molekülmasse zu bestimmen. Foto: Christian Wißler.
Motorproteine können chemische Energie effizienter in Bewegungsenergie umwandeln als vom Menschen geschaffene Verbrennungsmotoren. Sie nutzen diese Energie für die eigene Fortbewegung innerhalb lebender Zellen oder für den Transport molekularer Substanzen an ihren Zielort. Trotz zahlreicher biochemischer und biophysikalischer Studien liegen die Details dieser Prozesse noch weitgehend im Dunkeln. Das Forschungsteam aus Bayreuth, Lund und Sydney will nun in interdisziplinärer Zusammenarbeit und mit neuesten Forschungstechnologien einen grundlegend neuen Anlauf unternehmen, um zu einem genauen wissenschaftlichen Verständnis der Funktionsweise von Motorproteinen zu gelangen.
„Der ERC Synergy Grant gibt uns jetzt für sechs Jahre die Freiheit zu einer vertieften Grundlagenforschung, die derzeit noch völlig ergebnisoffen ist. Wir planen molekulare Maschinen von Grund auf neu zu bauen, um ihre Funktionsweise besser zu verstehen. Dabei benötigen wir die kombinierte Expertise auf Gebieten der Struktur- und Molekularbiologie, des biochemischen Proteindesigns und der Einzelmolekülphysik. Wir sind zuversichtlich, dass wir auf diesem Wege wichtige Zusammenhänge und grundsätzliche Prinzipien von Motorproteinen aufklären können“, sagt Prof Dr. Birte Höcker, die an der Universität Bayreuth den Lehrstuhl Biochemie III innehat.
Das Ziel: der Bau eines molekularen Roboters
Das preisgekrönte Forschungsteam wird sich bei seinen Forschungsarbeiten von dem Credo des US-amerikanischen Physik-Nobelpreisträgers Richard Feynman leiten lassen: „Was ich nicht erschaffen kann, verstehe ich nicht.“ Deshalb geht es in dem trilateralen Verbundprojekt darum, neue molekulare Maschinen zu konstruieren – und zwar aus Protein-Teilen, die nicht aus anderen Motorproteinen bekannt sind. Durch das Design und die Erprobung verschiedener modularer Baupläne wollen die Wissenschaftler der Funktionsweise natürlicher Motorproteine auf die Spur kommen.
Zunächst geht es dabei um den Bau eines „Clocked Walkers“, eines Motorproteins, das sich – von außen gesteuert – präzise in einer definierten Richtung fortbewegen kann. Parallel dazu wollen sie aber noch einen entscheidenden Schritt weitergehen: Das Ziel ist der Entwurf und Bau eines autonomen Motorproteins, das imstande ist, die Fortbewegungen eigenständig zu steuern. Es handelt sich hier um einen sogenannten „Autonomous Walker“, der nicht der ständigen Kontrolle durch externe Signale bedarf. Sollte der Bau eines solchen molekularen Roboters gelingen, wäre dies ein herausragender Erfolg für die synthetische Biologie und die noch junge Disziplin des Nanoengineering. An diese Vision knüpft der Kurzname „ArtMotor” an, den das Forschungteam seinem Projekt gegeben hat. Er steht für „Artificial Motor Proteins“ („künstliche Motorproteine“).
„Unsere Forschungsergebnisse sollen dazu beitragen, neue und weitreichende Perspektiven für biotechnologische Innovationen zu erschließen. Um ein autonomes Motorprotein bauen zu können, müssen wir komplexe molekulare Prozesse verstehen und handhaben können, die in der Proteinforschung unter dem Begriff der ‚Allosterie‘ zusammengefasst werden. Sie stellen uns noch immer vor ungeklärte Fragen. Falls es gelingt, allosterische Vorgänge gezielt und systematisch zu beeinflussen oder sogar zu konstruieren, lassen sich Visionen realisieren, die zurzeit noch in weiter Ferne liegen – beispielsweise der Bau eines Biocomputers, Bausteine für synthetische Zellen oder Anwendungen in der molekularen Medizin“, sagt Prof. Höcker.
Forschung an den Grenzen des Wissens
Der ERC Synergy Grant ist ein Forschungspreis, mit dem der Europäische Forschungsrat besonders avancierte Forschungsarbeiten kleiner internationaler Teams fördert. „Die Projekte sollen zu Entdeckungen an den Schnittstellen zwischen etablierten Disziplinen und zu substantiellen Fortschritten an den Grenzen des Wissens führen.“, heißt es auf der Homepage der Nationalen Kontaktstelle zum Europäischen Forschungsrat (European Research Council, ERC), die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und der Kooperationsstelle EU der Wissenschaftsorganisationen (KoWi) betreut wird (https://www.eubuero.de/erc-synergy.htm).
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Birte Höcker
Lehrstuhl für Biochemie III
Universität Bayreuth
Telefon: +49 (0) 921 / 55-7845
E-Mail: birte.hoecker@uni-bayreuth.de
