Proteine sind die Bausteine jeder Zelle. Bisher wurden sie als Ansammlung inaktiver organischer Masse gesehen. Nun fanden Forscher der Arizona State University aber ein Protein mit einer überraschenden Eigenschaft: Das Protein  alphaVbeta3 leitet Elektrizität. Sollte sich diese Eigenschaft replizieren lassen, könnten medizinische Diagnosegeräte entwickelt werden, die bestimmte Proteine mit elektrischer Spannung nachweisen können.


Bild: Arizona State University

Eine außergewöhnliche Entdeckung

Das Team von der Arizona State University machte diese erstaunliche Entdeckung bereits vor Jahren und ist seitdem damit beschäftigt, die entsprechenden Ergebnisse immer wieder zu überprüfen. Die Forscher wollten wirklich sicher sein, ein Protein mit elektrischer Leitfähigkeit entdeckt zu haben, bevor sie damit an die Öffentlichkeit gingen. „If it’s true, it’s amazing. What this paper is mainly testing out are all the alternative explanations of our data, and ruling out all of the artefacts“, so Stuart Lindsay, der die Studie leitete.

Die Geschichte von der Entdeckung des Proteins beginnt mit der Entwicklung von kleinen DNA- und Aminosäure-Markern, die individuelle Moleküle zwischen Elektroden gefangen halten – eine Technologie, die man als „recognition tunneling“ bezeichnet. Nachdem die Forscher mit einzelnen Molekülen Erfolg hatten, wollten sie prüfen, ob sie den Effekt nutzen könnten, um ganze Proteine zu identifizieren. Dabei stießen sie darauf, dass das Integrin alphaVbeta3 zwischen den beiden Elektroden erstaunliche elektrische Leitfähigkeit aufwies.


Nach dieser Entdeckung verbrachten die Forscher mehrere Jahre damit, eine Erklärung für das Phänomen zu finden. Aber keine der aufgeworfenen Hypothesen ließ sich beweisen. Schließlich stieß Lindsay auf die Arbeit des Biophysikers Gabor Vattay von der Eötvös Loránd University in Ungarn. Dieser formulierte ausgehend von der Quantenmechanik die These, dass Proteine in einem Zustand zwischen Leitfähigkeit und Isolierung balancieren.

Eine elektrische Fluktuation kann das Protein dann entweder zu einem elektrischen Leiter oder einer isolierenden Einheit werden lassen. Diese These schien geeignet, das Verhalten des Proteins alphaVbeta3 zu erklären. „In our experiments, we were seeing this weird behaviour in this huge protein conducting electricity, but it is not static. It’s a dynamic thing. Below a certain bias, it’s just an insulator, but when the fluctuations start kicking in, they are huge“, so Lindsay.

Neues Verständnis von Proteinen

Der Grundgedanke der Hypothese ist, dass es drei Zustände im Energieniveau von Proteinen gibt: Ein leitender Zustand, ein isolierender Zustand und ein quantenmechanischer Zustand in der Mitte zwischen leitfähig und isolierend. Mit Hilfe von Vattay und einem Modell, das in einem Supercomputer entwickelt wurde, gelang es den Forschern, das Integrin alphaVbeta3 dem quantenmechanischen Status zuzuordnen. Daraufhin waren die Forscher in der Lage, ein Gerät zu entwickeln, mit dem sie die Leitfähigkeit des Proteins ein- und ausschalten konnten.

Die Forscher sind bezüglich ihrer Ergebnisse noch extrem zurückhaltend, da diese bisher nur mit dem einen spezifischen Protein repliziert werden konnten. Außerdem gibt es noch vieles an dem Verhalten des Proteins, das die Forscher nicht verstehen.

Die Entdeckung hat aber das Potential, das wissenschaftliche Verständnis von Proteinen komplett auf den Kopf zu stellen und neue Einsatzmöglichkeiten im Bereich der Nanotechnologie und der medizinischen Diagnostik zu erschließen.

via Futurism

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