Erstmalige Kristallisation der Oberflächenproteine von Urbakterien

Sie waren wahrscheinlich die ersten Zellwandstrukturen, die im Laufe der Evolution vor rund drei Milliarden Jahren gebildet wurden: S-Layer. Dabei handelt es sich um bestimmte kristalline Oberflächenproteine von Archaebakterien. Diese Organismen wurden so genannt, weil sie in Lebensräumen vorkommen, die den extremen Bedingungen auf der frühen Erde ähneln. Erstmals gelang Forschern die Kristallisation solcher S-Layer durch die Nutzung der Mikrogravitation.

Während des Shuttle-Fluges STS-95 im Oktober 1998 gelang es den Arbeitsgruppen von Prof. Debaerdemaeker (Universität Ulm) und Prof. König (Universität Mainz) zusammen mit belgischen Kollegen zum ersten Mal, Kristalle des S-Layer-Glycoproteins von einem dieser Archaebakterien, nämlich von Methanothermus fervidus, zu züchten. Nach der Rückkehr zur Erde wurden diese Kristalle einer Röntgenstrukturanalyse unterzogen. Mit einer Auflösung der Struktur von 3 Ångström konnten viele Einzelheiten, wie zum Beispiel die Gitterkonstanten und die Raumgruppe, eindeutig bestimmt werden. In der Zwischenzeit – bei einer Versuchsserie auf der Internationalen Raumstation ISS zwischen Juni und Oktober 2002 – konnten bei einem anderen Organismus, Bacillus sphaericus, sogar Kristalle des S-Layers mit einer Auflösung bis 1,9 Ångström gezüchtet werden.

Die Wissenschaftler sind damit in der Strukturaufklärung ein gutes Stück vorangekommen. Dies ist deswegen besonders interessant, weil diese S-Layer eine Reihe von Eigenschaften besitzen, deren Ursprung und Erklärung sowohl rein wissenschaftlich als auch für die Anwendung von hoher Bedeutung sind: Überlebensstrategien und die molekularen Mechanismen des Widerstands gegen hohe Temperaturen, extreme pH-Werte und hohe Salzkonzentrationen können an diesen Organismen studiert und besser verstanden werden. Die Erkenntnisse wurden bereits bei der Entwicklung von Ultrafiltrationsmembranen und anderen technischen Elementen der molekularen Nanotechnologie angewendet.

Crystallization of S-Layer Surface Proteins
Forschungsgebiet:	Proteinkristallzüchtung
Zeitraum:	Mai bis Juli 2001 und Juni bis Oktober 2002
Einsatzbereich:	russischer Teil
Partner:	Russland, USA
Status:	abgeschlossenes Experiment
Ansprechpartner:	Prof. Dr. Tony Debaerdemaeker, Universität Ulm, Kristallographie