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FPLC und Strukturanalyse in der SARS-CoV-2 Forschung

Strukturbiologie analysiert die Struktur von Biomolekülen und wie Veränderungen in ihrer Struktur ihre Funktion beeinflussen. Das Verständnis der Funktion auf molekularer Ebene liefert wertvolle Informationen für die Arzneimittel- und Impfstoffentwicklung. Mehrere Techniken werden verwendet, um die Struktur von Proteinen zu analysieren. Die Kryo-Elektronenmikroskopie (Cryo-EM) bestimmt die Struktur von Biomolekülen in Lösung, indem sie Mikroskop-Bilder einzelner Moleküle erzeugt, die zur Rekonstruktion der 3D-Struktur des Moleküls verwendet werden. Die Protein-Röntgenkristallografie hingegen nutzt die Beugungsmuster der kristallisierten Biomoleküle, um eine 3D-Struktur eines bestimmten Proteins zu erhalten. Beide Techniken haben gemeinsam, dass sie hochreines Protein benötigen.

Zahlreiche wissenschaftliche Artikel wurden vor kurzem veröffentlicht, die Einblicke in die Funktion von SARS-CoV-2-Proteinen gaben. Diese Proteine geben Aufschluss darüber wie das Virus in die Zelle gelangt und tragen dazu bei die Funktionsweise des Virus zu verstehen. Eines der zentralen Proteine ist das Oberflächen-Spike-Glykoprotein von SARS-CoV2. Das Spike-Protein bindet an einen Rezeptor (ACE2, Angiotensin-Converting-Enzym II) an menschliche Zellen, wodurch das Virus in die Zellen gelangt und sie infiziert. Mehrere Forscher veröffentlichten Daten über die Struktur des Spike-Proteins die mittels Cryo-EM oder Röntgenkristallografie bestimmt wurden. Diese helfen die Rezeptorerkennung von SARS-CoV-2 (1-7) zu verstehen. Die zentrale Rolle des Spike-Proteins für die Infektion der Wirtszellen macht es zu einem der bedeutendsten Ziele für medizinische Interventionen. Diese Daten werden die Entwicklung antiviraler Therapeutika und Impfstoffe unterstützen

Ein weiteres attraktives Ziel für die Arzneimittelforschung ist die Hauptprotease (Mpro, 3CLpro) von SARS-CoV-2. Durch die Hemmung dieser Protease kann die Virusreplikation verhindert werden. Forscher veröffentlichten die Röntgenstruktur der Protease mit und ohne Inhibitor. Basierend auf ihrer Struktur entwickelten sie die Ausgangsverbindung zu einem vielversprechenden Inhibitor, der eine wertvolle Grundlage für die Entwicklung eines anti-coronaviralen Medikaments darstellt (8).
Diese Proteine stellen wichtige Ziele für Impfungen und antivirale Strategien dar, die die Bedeutung von Strukturdaten unterstreichen. Eine der wichtigen Bedingungen für die Strukturanalyse ist die Reinigung von Proteinen in Lösung. Dies wird in fast allen Fällen durch die FPLC unterstützt. Die meisten Forscher verwenden für ihr Reinigungsprotokoll eine Kombination aus Affinitäts- und Größenausschlusschromatografie. Moderne FPLC Systeme geben Forschern die Freiheit, ihre Proteinreinigung zu automatisieren, die Reproduzierbarkeit zu erhöhen und damit Zeit und Ressourcen zu sparen. KNAUER bietet eine breite Palette an FPLC Systemen. Flexibilität, Modularität und eine einfache Hochskalierung sind die wichtigsten Vorteile unserer FPLC Plattform. Schauen Sie sich unsere vorkonfigurierten FPLC Systeme an oder setzen Sie sich mit uns in Verbindung, um ein System zu entwerfen, das Ihren Bedürfnissen entspricht.

Automatisierte Proteinreinigung: Systeme, Prozesse & mehr

Ohne die Isolation von Proteinen ist es schwierig, die dreidimensionale (3D) Struktur zu bestimmen. Die Proteinreinigung hilft Forschern, ein vollständiges Bild der Proteinfunktionalität zu erhalten.

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Referenzen: 

  1. Wrapp D, Wang N, Corbett KS, et al. Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation. Science. 2020;367(6483):1260–1263. doi:10.1126/science.abb2507 

  1. Shang J, Ye G, Shi K, et al. Structural basis of receptor recognition by SARS-CoV-2 [published online ahead of print, 2020 Mar 30]. Nature. 2020;10.1038/s41586-020-2179-y. doi:10.1038/s41586-020-2179-y 

  1. Yan R, Zhang Y, Li Y, Xia L, Guo Y, Zhou Q. Structural basis for the recognition of SARS-CoV-2 by full-length human ACE2. Science. 2020;367(6485):1444–1448. doi:10.1126/science.abb2762 

  1. Wang Q, Zhang Y, Wu L, et al. Structural and Functional Basis of SARS-CoV-2 Entry by Using Human ACE2 [published online ahead of print, 2020 Apr 7]. Cell. 2020;S0092-8674(20)30338-X. doi:10.1016/j.cell.2020.03.045 

  1. Walls AC, Park YJ, Tortorici MA, Wall A, McGuire AT, Veesler D. Structure, Function, and Antigenicity of the SARS-CoV-2 Spike Glycoprotein [published online ahead of print, 2020 Mar 6]. Cell. 2020;. doi:10.1016/j.cell.2020.02.058 

  1. Lan J, Ge J, Yu J, et al. Structure of the SARS-CoV-2 spike receptor-binding domain bound to the ACE2 receptor [published online ahead of print, 2020 Mar 30]. Nature. 2020;10.1038/s41586-020-2180-5. doi:10.1038/s41586-020-2180-5 

  1. Wang Q, Zhang Y, Wu L, et al. Structural and Functional Basis of SARS-CoV-2 Entry by Using Human ACE2 [published online ahead of print, 2020 Apr 7]. Cell. 2020;S0092-8674(20)30338-X. doi:10.1016/j.cell.2020.03.045 

  1.  Anand K, Ziebuhr J, Wadhwani P, Mesters JR, Hilgenfeld R. Coronavirus main proteinase (3CLpro) structure: basis for design of anti-SARS drugs. Science. 2003;300(5626):1763–1767. doi:10.1126/science.1085658 

Protein graphics used in header picture: Structure of the SARS-CoV-2 spike glycoprotein (closed state), by: Walls, A.C., Park, Y.J., Tortorici, M.A., Wall, A., Seattle Structural Genomics Center for Infectious Disease (SSGCID), McGuire, A.T., Veesler, D., doi: 10.2210/pdb6VXX/pdb
Molecule Images created using Mol* software (D. Sehnal, A.S. Rose, J. Kovca, S.K. Burley, S. Velankar (2018) Mol*: Towards a common library and tools for web molecular graphics MolVA/EuroVis Proceedings. doi:10.2312/molva.20181103) and RCSB PDB.

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