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COSS - Center for Optimized Structural Studies

  • Leiterin: Univ. Prof. Dipl.-Ing. Dr. Kristina Djinovic-Carugo, Department für Strukturbiologie und Computational Biology
  • Förderungsnehmerin: Max F. Perutz Laboratories
  • Partner: Forschungsinstitut für molekulare Pathologie GmbH | Universität Wien, Department für Strukturbiologie und Computational Biology | Vienna Biocenter Core Facilities GmbH (VBCF) | Biomin Holding GmbH

Proteine in der dritten Dimension

Wer die Struktur von Proteinen zu entschlüsseln vermag, kann zahlreiche Vorgänge im Körper besser verstehen. Prof.in Kristina Djinovic-Carugo, Leiterin des Departments für Strukturbiologie und Computational Biology an den Max F. Perutz Laboratories der Universität Wien, untersucht im Laura Bassi Zentrum COSS Methoden, um Proteine chemisch herzustellen und deren räumliche Dimension zu erforschen.


Proteine, auch Eiweiße genannt, sind die Bausteine des Lebens und in jeder Zelle zu finden: Sie transportieren körpereigene Stoffe und lenken die Dynamik der Zellreaktion. Auf diese Weise sind sie am Aufbau und Funktionieren von lebenden Organismen wesentlich beteiligt: Bei Pflanzen steuern sie die Photosynthese, bei Menschen den Stoffwechsel sowie sämtliche biochemische Reaktionen. Wer den räumlichen Aufbau eines Proteins kennt, kann biologische Vorgänge besser verstehen und Krankheiten zielgerichteter erforschen. Der Mensch besteht aus 40.000 Proteinen, davon sind heute mehrere 1.000 bekannt. Ist die Struktur eines Proteins erst einmal entschlüsselt, lässt es sich in bunten Bildern darstellen: ineinander verwobene Helices, gefaltete Spiralen, kugelige Ketten. Die Mehrzahl der Proteine konnte noch nicht enträtselt werden, denn ein einzelnes Eiweißmolekül besteht aus tausenden von Atomen und ist so klein, dass es unter keinem noch so genauen Mikroskop sichtbar wird.

Proteine werden zu Kristallen

Daher müssen andere Methoden zur Visualisierung angewandt werden: Die sogenannte Röntgenstrukturanalyse erfordert es jedoch, dass Proteine in einem ersten Schritt in Kristalle verwandelt werden. Bei der Kristallisationsforschung setzt das COSS Forschungsprojekt an. Denn viele Proteine sind nur schwer zum Kristallisieren zu bringen. Es bedarf zahlreicher Vorversuche, um für jedes Protein die optimalen Kristallisationsbedingungen zu ermitteln. Manche Proteine kristallisieren schon nach wenigen Versuchen, andere erst nach 2-5 Jahren intensiver Arbeit. Wieder andere kristallisieren nie, trotz jahrzehntelanger Bemühungen in vielen Labors. Die Forschung benötigt für diese Versuche große Mengen reinen Proteins, die Produktion gestaltet sich jedoch schwierig. COSS forscht deswegen an innovativen, beschleunigten Methoden, um ausreichende Mengen hochqualitativen Proteins herzustellen, die sich für ein Kristallisationsverfahren eignen.

Proteine bestrahlen

Dafür wählt COSS folgende Ansätze: Einzelne Protein-Sequenzen werden ausgewählt, um Rückschlüsse auf deren Stabilität und die Kristallisationsbedingung zu ziehen. Andererseits versucht Kristina Djinovic-Carugo durch systematische Verkleinerungen der Proteine ihre Stabilität und damit die Kristallisationswahrscheinlichkeit zu erhöhen. Auf diese Weise werden die am besten geeigneten Proteine selektiert. Ist die Kristallisation gelungen, werden die Proteinkristalle mit Röntgen-Strahlen beschossen – die sogenannte Röntgenstrukturanalyse. Wenn ein Strahl auf ein kristallines Atomgitter trifft, wird dieser gemäß der atomaren Struktur zerstreut, und die Struktur des Proteins kann Atom für Atom sichtbar gemacht werden. Es wird dann möglich, das Protein dreidimensional auf einem Bildschirm zu sehen, es zu drehen und hineinzuzoomen. Heute forschen Expertenteams wie COSS weltweit an der Enträtselung von Proteinstrukturen.

In die Struktur der Proteine vordringen

Prof.in Kristina Djinovic-Carugo wurde in Slowenien geboren und studierte Chemie an der Universität Ljubljana. Im Rahmen ihrer Diplomarbeit hatte sie ein Schlüsselerlebnis, als sie die Struktur einer Molekül-Verbindung als erste entdeckte. Dieses Ereignis war für ihre weitere molekularbiologische Karriere entscheidend. Später forschte sie in Pavia (Italien) und am renommierten European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg, sowie in Triest mit der Forschungsgruppe für Strukturbiologie und Kristallographie an der Synchrotron Einrichtung. 2004 kam der Ruf an die Universität Wien als Professorin für makromolekulare Kristallographie an den Max F. Perutz Laboratories am Campus Vienna Biocenter. Die Max F. Perutz Laboratories sind ein 2005 gegründetes Joint-Venture der Universität Wien und der Medizinischen Universität Wien. Diese interuniversitäre Kooperation ist ein neuer und innovativer Ansatz, um Forschung und Lehre an beiden Universitäten zu stärken. Über das von ihr geleitete Laura Bassi Zentrum sagt Kristina Djinovic-Carugo: "In der Wissenschaft muss Exzellenz immer das wichtigste Kriterium sein. Die Laura Bassi Centres fördern exzellente Frauen für deren exzellente Forschungsleistung und nicht Frauen, weil sie Frauen sind – meiner Meinung nach ist das der richtige Weg."