Die Universität Bayreuth ist ein weltweit führender Standort für Strukturbiologie und molekulare Medizin – international ausgewiesen als Zentrum der magnetischen Kernresonanz-Spektroskopie (NMR-Spektroskopie) und als Heimat röntgenkristallographisch arbeitender Wissenschaftler. Der Lehrstuhl Biopolymere im Forschungszentrum für Bio-Makromoleküle BIOmac ist neben dem Institut des Sciences Analytiques in Lyon die weltweit zweite Institution, die für ihre molekularmedizinischen, strukturbiologischen und chemischen Forschungen mit einem NMR-Gerät mit dem stärksten derzeit für diesen Anwendungsbereich erhältlichen Magneten ausgestattet ist: einem hochauflösenden Spektrometer der Feldstärke 23,4 Tesla, entsprechend einer Protonenresonanzfrequenz von einem GHz. Das Bayreuther 1-GHz-Gerät wird durch Abschirmung des Magneten gegen Einflüsse von außen zusätzlich stabilisiert.

Die Schwerpunkte des BIOmac an der Universität Bayreuth sind strukturbiologische Untersuchungen von Proteinen und Nukleinsäuren als Ursache von Krankheiten. Im Mittelpunkt stehen Auslöser von Allergien, Proteine, die bei der Vermehrung von Viren und Bakterien entscheidend sind, und Signalüberträgerproteine. Mittelfristig sollen die Forschungsergebnisse die Entwicklung neuer Arzneimittel voranbringen.

Obwohl es inzwischen antivirale Therapien gegen HIV, den viralen Verursacher von AIDS gibt, ist die Krankheit nicht heilbar, und es gibt Viren, die gegenüber den verwendeten Medikamenten resistent sind. Mithilfe der 1-GHz-NMR-Spektroskopie werden deshalb am Lehrstuhl Biopolymere virale Proteine als therapeutische Ziele untersucht, etwa das für die Virusvermehrung essenzielle Enzym Reverse Transkriptase. Einer der Bayreuther Arbeitsgruppen ist es gelungen, die Grundlage für die chemische Synthese spezifischer, innovativer Inhibitoren des Enzyms zu schaffen.

Eine andere Arbeitsgruppe am Lehrstuhl Biopolymere setzt das Spektrometer in Kombination mit speziellen Markierungsverfahren ein, um das riesige, für die Vermehrung von Bakterien unabdingbare Protein RNA-Polymerase (RNAP)und Proteine, welche die RNAP-Aktivität regeln, zu untersuchen. Die so gewonnenen Erkenntnisse sind Basis für das gezielte Design neuer Wirkstoffe. Damit sind die Forscher an der Universität Bayreuth nicht nur Vorreiter im Kampf gegen antibiotikaresistente Keime, sondern haben auch demonstriert, dass die NMR-Spektroskopie zur Untersuchung sehr großer Molekülkomplexe ein geeignetes Instrument ist.

Ein weiterer Fokus der NMR-Spektroskopie am Lehrstuhl Biopolymere liegt auf dem Gebiet der Allergieforschung. Die Konformationen von Allergenen und deren Komplexen mit kleinen Molekülen konnten mithilfe des 1-GHz-Spektrometers bestimmt werden. Hierauf basierend können gezielt Modifikationen der Proteine vorgeschlagen werden, die Allergene in harmlose Proteine umwandeln, welche dann beispielsweise in der spezifischen Immuntherapie zum Einsatz kommen. Die Bestimmung der Raumstruktur allergener Proteinkomplexe führt auch zur Aufklärung bisher unbekannter natürlicher Funktionen von Allergenen. Damit besteht die Chance, allergene Proteine etwa in Pflanzen durch nicht allergene zu ersetzen und somit auch in Lebensmitteln auszutauschen.

An der Universität Bayreuth bestehen damit einzigartige Potenziale für grundlagen- und anwendungsorientierte Forschung. Allen universitären Arbeitsgruppen für NMR-basierte Strukturbiologie in Deutschland steht diese Infrastruktur offen. Die europaweite Nutzung des Spektrometers soll durch ein Netzwerk biophysikalischer Forschungseinrichtungen ermöglicht werden.



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