Protein Engineering ist eine Methode, mit der neue Arten von Proteinen entwickelt werden können. Dieses Wissenschaftsgebiet ist relativ neu, und Forscher untersuchen und entdecken weiterhin originelle Möglichkeiten, Proteinelemente zu kombinieren. Diese Art der Konstruktion ermöglicht die Entwicklung von Materialien mit spezifischen Stärken oder Eigenschaften.
Rationales Design und gerichtete Evolution sind die beiden grundlegenden Ansätze des Protein-Engineering. Einige Forscher bevorzugen einen Ansatz gegenüber dem anderen, jedoch können beide Methoden verwendet werden, um neue Proteinstrukturen zu entwerfen. Rational Design beruht auf umfassendem Wissen darüber, wie ein vorhandenes Protein aufgebaut ist. Im Gegensatz dazu nutzt die gerichtete Evolution zufällige Proteinänderungen und kann durchgeführt werden, ohne jedes Detail der Proteinstruktur zu kennen.
Jeder Ansatz zum Protein-Engineering hat sowohl Vor- als auch Nachteile. Rational Design ermöglicht es Wissenschaftlern, die Struktur eines Proteins auf vorhersagbare Weise zu ändern, und ist ein relativ kostengünstiger Prozess. Diese Technik erfordert, dass Experten einen detaillierten strukturellen Bauplan jedes zu modifizierenden Proteins haben, der nicht immer verfügbar ist.
Die Protein-Engineering-Methode der gerichteten Evolution verwendet Versuch und Irrtum und benötigt keine vollständige Strukturkarte. Diese Methode ist oft zeitaufwendig und teuer, da jede neue Proteinkombination getestet werden muss und nur wenige der erstellten Strukturen für den Einsatz geeignet sind. Trotz der Kosten ermöglicht die gerichtete Evolution Forschern oft, auf wertvolle Proteinstrukturkombinationen zu stoßen, die sonst nicht entdeckt würden.
Proteindesign ermöglicht es Wissenschaftlern, einzigartige Materialien herzustellen, die in der Natur nicht vorkommen. Forscher haben diese Art der Technik genutzt, um beispielsweise fluoreszierendes Protein aus einer Qualle mit einem anderen Protein aus menschlichen Zellen zu kombinieren. Die resultierende Substanz erzeugt ein grünes Leuchten und kann bei ihrer Interaktion mit lebenden Zellen verfolgt werden. Dies liefert wertvolle Informationen über die Funktionsweise von Proteinen im menschlichen Körper und unterstützt Forscher bei der Entwicklung neuer Medikamente und Verfahren.
Ein weiteres Beispiel für Protein-Engineering ist die Entwicklung von modifiziertem Insulin. Wissenschaftler haben verschiedene Proteinstrukturen kombiniert, um sowohl schnell wirkende als auch langsam wirkende Insulinsubstanzen herzustellen. Beide dieser künstlichen Variationen sind für Personen mit Insulinstörungen wie Diabetes wertvoll.
Neue Proteine sind auch in industriellen Anwendungen nützlich. Produktionsanlagen können beispielsweise modifizierte Proteine verwenden, die gegen bestimmte Chemikalien resistent sind. Experten können die Strukturen starker Proteine zu neuen, ultrastarken Substanzen kombinieren. In Zukunft könnte das Proteindesign ein wichtiger Bestandteil fast aller Bereiche sein.