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Worum geht es? Die meisten Nanopartikel sind aus Metallen wie Nickel oder Cadmium aufgebaut und fallen in wäßriger Umgebung sofort aus. Für eine biologische Nutzung sind sie daher nicht zu gebrauchen. Abgesehen davon sind diese Metalle für alle Zellen sehr giftig - würde man es also schaffen, sie in die Zellen hineinzubringen, würden diese Zellen sofort absterben. Unter Biokonjugation versteht man ein Verfahren, um diese Nanopartikel für lebende Zellen verträglich zu machen. Erst dann kann man mit ihnen etwas Sinnvolles anfangen. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Thomas Nann (Freiburg und Norwich) geht es darum, fluoreszierende Nanopartikel so zu verändern, daß man sie an Proteine koppeln und diese Proteine dann untersuchen kann. Wie geht es? Im Prinzip in drei Schritten: 1. Zunächst wird der Kernkristall (zumeist ein Cadmium-Selenid-Halbleiter) mit einer Hülle umgeben (z.B. eine Hülle aus Kieselsäure). Dadurch wird verhindert, dass die Partikel in wäßriger Umgebung ausfallen. 2. Auf der Oberfläche dieser Hülle werden dann sogenannte funktionelle Gruppen angebracht. Das können Phosphat-, Amino- oder Sulfhydril-Gruppen sein. 3. Über diese funktionellen Gruppen wird dann das Nanopartikel über eine chemische Reaktion kovalent an das Protein von Interesse gekoppelt. Das hört sich einfach an, ist in der Praxis aber sehr schwierig. Um zu prüfen, ob dieser Weg funktioniert hat, muß man hinterher die Funktion des solcherart gekoppelten Proteins untersuchen? Kann es noch das, was es können sollte? Oder ist es durch die Kopplung an den Nanopartikel arbeitsunfähig geworden? Geht es? Nicht immer, aber immer öfter. Wir benutzen zwei Proteine, um dies zu überprüfen:
Dies läßt sich tatsächlich beobachten - nach Zugabe von GTP und Magnesium entstanden aus der Lösung innerhalb von einigen Minuten faserige Gebilde, die stark fluoreszierten. Diese Mikrotubuli sind ein Beweis dafür, dass das gekoppelte Tubulin noch funktioniert. Allerdings war die Ausbeute noch sehr gering. Ein großer Teil des Tubulins ging während des Kopplungsvorgangs verloren, vermutlich weil das Partikel an Stellen des Proteins gebunden war, die für die Funktion unerläßlich sind. Die Kopplung wird daher so verändert, dass nur ganz bestimmte Aminosäuren (die für die Funktion entbehrlich sind) eingesetzt werden.
Auch dies ließ sich bestätigen. In Tabakzellen ließen sich so fluoreszierende Mikrotubulistrukturen sichtbar machen. Im linken Bild erkennt man einen sogenannten Phragmoplasten, das ist eine Mikrotubuli-Platte, die zwei frisch geteilte Zellen voneinander trennt und die neue Zellwand bildet. Im rechten Bild sind sogenannte corticale Mikrotubuli gezeigt, die in wachsenden Zellen die Orientierung der Cellulose in der Zellwand bestimmen und dadurch die Achse des Wachstums festlegen (die Zelle wächst immer senkrecht zu den corticalen Mikrotubuli). Beide Ansätze funktionieren also im Prinzip. Jetzt geht es darum, die Umhüllung der Nanopartikel und die Kopplung so zu verbessern, daß man das Verfahren routinemäßig einsetzen kann. Publikation Förderung Projekt LuNaCell Forschungsschwerpunkt des Landes Baden-Württemberg - Universität Karlsruhe, Universität Freiburg, Fachhochschule Offenburg
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Tubulin
kann sich unter Zugabe von GTP und Magnesium zu faserigen Gebilden
zusammensetzen. Man kann die Mikrotubulibildung auch außerhalb der Zelle
(also in vitro) induzieren, z.B. auf einem Deckglas. Wenn das
Tubulin mit fluoreszenten Nanopartikeln gekoppelt ist, sollte man dann
also die Bildung von fluoreszierenden Mikrotubuli beobachten können.
Natürlich nur dann, wenn das Tubulin trotz der Kopplung an die
Nanopartikel noch funktioniert.