Studie der MLU erforscht Proteinkomplexe mittels Künstlicher Intelligenz

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Halle. MLU. Eine neue Methode zur Untersuchung von Proteinen haben Forscher der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des European Molecular Biology Laboratory in Hamburg entwickelt. Dem Team ist es erstmals gelungen, ein KI-gestütztes Verfahren zur Analyse von Daten der Kryo-Elektronenmikroskopie zu entwickeln. Damit lassen sich künftig mehrere Proteinkomplexe gleichzeitig direkt in Zellen untersuchen. Die Arbeit stellt das Team in der Fachzeitschrift “Structure” vor.

Die Kryo-Elektronenmikroskopie ist eine relativ neue Methode, mit der sich die Struktur von Materialien, Zellen oder Proteinen untersuchen lässt. Im Prinzip funktioniert sie so: Die Proben werden blitzschnell gefroren, mit Elektronen beschossen. Das Mikroskop erstellt zunächst zweidimensionale Bilder, die anschließend zu einem 3D-Modell zusammengesetzt werden können. So lassen sich zum Beispiel extrem detaillierte Aufnahmen der Proteinstruktur auf der Ebene einzelner Atome anfertigen. Das Wissen über die Struktur von Proteinen ist von großer Bedeutung: “Proteine sind so etwas wie die Arbeitstiere der Zellen – vom Knochenwachstum bis zum Stoffwechsel steuern sie alle wichtigen Prozesse. Erst wenn man die Struktur eines Proteins kennt, kann man jedoch verstehen, was ein Protein genau macht und wie es funktioniert”, sagt Jun.-Prof. Panagiotis Kastritis vom Zentrum für Innovationskompetenz HALOmem der MLU. Das Wissen darüber ist wiederum die Voraussetzung für die Behandlung zahlreicher Krankheiten, zum Beispiel Alzheimer oder Krebs.

In der neuen Studie untersuchte das Team aus Halle und Hamburg jedoch keine isolierten Proteine, sondern Proteinkomplexe, wie sie in Zellen vorkommen. “Proteine arbeiten in der Regel nicht für sich, sondern in größeren Verbünden. Je nachdem, mit wem Proteine zusammenarbeiten, verändert sich die Struktur ihrer Bindungsstellen. Deshalb ist es so wichtig, sie möglichst realitätsgetreu zu untersuchen”, sagt Kastritis. Der neue Methodenmix der Forscher aus Halle und Hamburg ermöglicht es auch anderen Forschungsgruppen, künftig relativ einfach die Strukturen von solchen Proteinkomplexen zu analysieren.