Anwendung von Proteomanalysen in der biologischen und biotechnologischen Forschung

Unsere Forschung eröffnet uns eine vielfältige Anwendung in verschiedensten biologischen Feldern, so dass die Proteomic für unterschiedliche wissenschaftliche Fragestellungen, wie allgemeine, physiologische, umweltbedingte und infektionsbezogene Mikrobiologie, herangezogen werden können. Deswegen werden unsere Methoden in mehreren Studien eingesetzt wie zum Beispiel:

Biologie der Infektion und Stressphysiologie

Die schnelle Anpassung von pathogenen Mikroorganismen an die Abwehr der Wirtszelle und neue antimikrobielle Therapien machen es notwendig neue therapeutische Strategien zu entwickeln um bakterielle Infektionen zu bekämpfen. Dafür ist ein besseres Verständnis der Prozesse der bakteriellen Anpassung erforderlich. Wir sind an zahlreichen physiologischen Studien beteiligt, die durch vergleichende Protein-Expressionsanalysen einen qualitativen verbesserten Einblick in solche anpassenden Netzwerke liefern. Einige Beispiele sind:

Absolute Proteinquantifizierung in der Systembiologie

Die Generierung mathematischer Modelle in der Systembiologie erfordert die Integration von umfangreichen Omics-Studien, wobei absolute Daten auf den Ebenen unterschiedlicher zellulären Komponenten wie DNA, RNA, Proteine oder Metabolite gewonnen werden. Obwohl die Daten eines jeden einzelnen Omics-Level zu einzigartigen Informationen führen, ist das Proteom besonders wertvoll, was in der Natur der Proteine als eigentliche Effektoren zellulären Mechanismen in allen Reichen des Lebens (z.B. als Enzyme und strukturelle Determinanten) begründet liegt. Für die Erzeugung absoluter Daten in systembiologischen Ansätzen vertrauen wir auf drei unterschiedliche Arbeitsabläufe:

  1. Bestimmung der absoluten Quantität der einzelnen Proteine in komplexen Gemischen durch AQUA und zielgerichtete Proteomanalysen
  2. 2D-Gel basierte Quantifizierung kombiniert mit AQUA und hochmoderner 2D-PAGE
  3. Absolute Quantifizierung basierend auf anderen LC-MS-Techniken (Top3 auf datenunabhängigen MS-Plattformen)

Umweltproteomics

Der Wunsch die Prozesse in der Natur aufzuklären, hat schon seit jeher die Wissenschaftler angetrieben – und hat in der neusten Zeit mit neuen Technologien mehr Achtung erlangt, die sowohl umfassende als auch detaillierte Umweltanalysen ermöglichen. Faszinierende Prozesse sind an verschiedenen Vorgängen in Küstengebieten, Böden, mikrobiellen Matten oder im menschlichen Darm beteiligt, die mit den technischen Möglichkeiten der Prä-Proteomics-Ära nicht ausreichend analysiert werden konnten. Für die extrem komplexen Proteomproben und die daraus resultierenden Daten ist es entscheidend auf die modernsten massenspektrometrischen Methoden sowie die hochentwickelte Software zu setzen, die mit den gewonnenen Informationen umgehen können.

Innerhalb eines Netzwerkes aus kooperierenden norddeutschen Wissenschaftlern ist es uns gelungen, mit Hilfe multiplen Omics-Techniken (u.a. Proteomics), einen Einblick in die komplexen biologischen Abläufe in der Nordsee um Helgoland zu erhalten.