Forschern ist das scheinbar Unmögliche gelungen: Sie haben gekochtes Eiweiß wieder „entkocht“ und in seinen ursprünglichen, nicht denaturierten Zustand versetzt. Der zweischrittige Prozess entwirrt die verklumpten Proteine innerhalb weniger Minuten. Er könnte daher die Proteinproduktion und -verarbeitung sowohl in der Medizin als auch in der Lebensmittelherstellung erheblich vereinfachen, wie die Forscher erklären.
Proteine sind nicht hitzestabil: Werden sie zu stark erhitzt, verändern sie ihre Struktur und denaturieren. Die Reihenfolge ihrer Grundbausteine, der Aminosäuren, bleibt zwar gleich, aber ihre ursprüngliche dreidimensionale Faltung geht verloren – und damit in der Regel auch die Funktion der Proteine. Ein klassisches Beispiel für eine solche Denaturierung ist das Eiklar eines Hühnereis: Vor dem Kochen glibbrig und durchsichtig, ist es nach dem Kochen hart und weiß.
Diese Denaturierung galt bisher als unumkehrbar – einmal verloren, kann das Protein nicht wieder in seine ursprüngliche Struktur gebracht werden. Doch US-Forschern und ihren australischen Kollegen ist nun genau dies gelungen. „Wir haben tatsächlich einen Weg gefunden, um ein Hühnerei zu entkochen“, sagt Seniorautor Gregory Weiss von der University of California in Irvine.
Erst lösen, dann dehnen
Ihr Experiment beginnt mit Hühnereiweiß, das 20 Minuten lang bei 90 Grad gekocht wurde. Als Folge sind die darin enthaltenen Proteine denaturiert, darunter auch das für die Erregerabwehr wichtige Enzym Lysozym. In einem ersten Schritt setzen die Forscher eine harnstoffhaltige Substanz ein, die das feste Material wieder verflüssigt. Die Proteine in dieser Lösung sind jedoch noch immer unlöslich zusammengeballt und damit unbrauchbar.
Um sie wieder herzustellen, nutzen die Forscher einen zweiten Schritt: Sie unterziehen die in einem dünnen Mikrofluidfilm eingeschlossenen Proteine einer Dehnungs-Behandlung in einer Art Zentrifuge. Die schnelle Bewegung erzeugt Wirbel, die wiederum Scherkräfte auf die Proteine ausüben. Dies zwingt sie zurück in eine entwirrte, funktionsfähige Form.
Entwirrt in wenigen Minuten
Diese Methode könnte die Produktion von Proteinen für industrielle und Forschungszwecke transformieren“, konstatieren die Forscher. Denn bisher können denaturierte Proteine, wenn überhaupt, nur mühsam in einem mehrere Tage dauernden, aufwändigen Prozess entwirrt werden. „Unser neues Verfahren dauert dagegen nur Minuten“, so Weiss.
Der Nutzen der neuen Methode geht daher über das Hühnereiweiß hinaus. „Es gibt jede Menge Fälle, in denen man verklumpte Proteine bekommt, die man dann mühsam vom Boden der Reagenzgläser abpulen muss“, so Weiss. Wenn man dieses Material wieder in Lösung bringen kann und in die funktionsfähige Struktur, dann erspart das Aufwand und könnte ganz neue Verfahren ermöglichen.
Nutzen für Medizin und Lebensmittel-Industrie
Praktische Anwendungen hätte die Protein-Entwirrung unter anderem in der Medizin, wie die Forscher erklären. Für die Krebstherapie müssen Antikörper-Präparate bisher teilweise in teuren Eierstockzellen von Hamstern produziert werden, weil der Anteil falsch gefalteter und verklumpter Proteine in ihnen besonders niedrig ist. Könnte man die Antikörper-Proteine auch nachträglich entwirren, ließe sich auch leichter zu kultivierende Hefezellen oder Escherichia coli Bakterien für die Produktion dieser Wirkstoffe nutzen.
Aber auch bei der Herstellung von Käse und anderen Lebensmitteln spielen Proteine und ihre Denaturierung eine wichtige Rolle. Die Forscher haben ihr neues Verfahren bereits zum Patent angemeldet. (ChemBioChem, 2015; doi: 10.1002/cbic.201402427)
(University of California – Irvine, 29.01.2015 – NPO)
