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11.01.2016

Proteomanalytik auf dem Weg in die klinische Anwendung


Untersuchungen des Proteoms sind bislang hoch komplex und bis jetzt eine Sache für Experten. Mit dem Projekt MSMed soll sich das nun ändern - die beteiligten Wissenschaftler wollen neue, robuste Technologien entwickeln die in jedem biologischen und medizinischen Labor routinemäßig einsetzbar sind. Die EU-Kommission fördert dieses Projekt in ihrem Programm "Future and Emerging Technologies" mit 3.7 Million Euro. MSMed wird die Arbeitsabläufe in der Proteinanalytik mittels Massenspektrometrie automatisieren, um damit den Probendurchsatz so zu beschleunigen wie für klinische Labore erforderlich.

Proteine sind die wesentlichen Akteure der Zelle und für die meisten zellulären Funktionen verantwortlich. Die Untersuchung des gesamten Inventars an Proteinen in einzelnen Zelltypen oder Geweben, die "Proteomik", spielt eine wachsende Rolle in den Lebenswissenschaften. Technische Entwicklungen der vergangenen zehn Jahren haben die Massenspektrometrie zur führenden Analysemethode in der Proteomik und essentielles Werkzeug gemacht. Derzeit können jedoch nur Experten dieses Werkzeug erfolgreich anwenden, die Methode ist noch nicht stabil genug für die routinemäßige Verwendung mit hohem Probendurchsatz.

Das MSMed Projekt soll genau diese Barriere überwinden. Die Vision des Koordinators, Matthias Mann, ist es Proteomanalysen mit Massenspektrometrie als automatisierte Routine in die Klinik einzuführen. "Ziel ist es, die genetischen Methoden mit direkter Proteinanalyse zu ergänzen. So könnte nicht nur die genetische Disposition von Patienten bestimmt werden, sondern auch klinisch relevante Parameter direkt gemessen. Ein derartiger Paradigmenwechsel könnte die personalisierte Medizin fundamental verändern, das Monitoring Behandlungserfolges bei einzelnen Patienten drastisch beschleunigen und die medizinische Diagnostik revolutionieren." sagt Matthias Mann.

Um diese Vision zu verwirklichen haben sich führende Wissenschaftler der Proteomik-Szene zusammengeschlossen, die auch schon früher erfolgreich zusammen gearbeitet haben. Gemeinsam wollen sie neue, noch empfindlichere Massenspektrometer entwickeln, die Probenvorbereitung und Analyse automatisieren, die Analyseprotokolle auf klinische Proben abstimmen und Software entwickeln die eine Auswertung der riesigen anfallenden Datenmengen ermöglicht.

Die Software ist der wesentliche Beitrag der Arbeitsgruppe "Computational Systems Biochemistry" von Prof. Jürgen Cox am MPI für Biochemie. Dafür ist er gut gerüstet, denn er hat gemeinsam mit der Abteilung Mann am MPI die MaxQuant Plattform entwickelt, die weltweit erfolgreichste Software für Proteomforschung. Das koordinierende Zentrum für MSMed in Kopenhagen (mit den Arbeitsgruppen Mann und Olsen) steht für Expertise mit klinischer Analytik und ein Netzwerk klinischer Kooperationspartner. Die Gruppe Heck aus Utrecht ist wesentlich für die Entwicklung neuer Technologie zur Identifizierung veränderter Proteine. Ganz entscheidend für das Team schließlich Alexander Makarov, der Erfinder der Technologie führender Massenspektrometer und Forschungsdirektor von Thermo Fisher, mit langjährigen Verbindungen zu den akademischen Gruppen. Mit Blick auf die Qualität des Teams und gemeinsamer Erfolge früherer Projekte scheint MSmed auf der Erfolgsspur.

Gelingt dieses hochambitionierte Projekt, dann wird es die Grundlage legen für eine Systemmedizin auf Basis der Massenspektrometrie-basierten Proteomik. Die Automatisierung der Arbeitsabläufe wird einen Einsatz der Methode in unzähligen biomedizinischen Fragestellungen und in der Klinik ermöglichen, und damit einen Kristallisationspunkt bilden für neue Erkenntnisse - etwa zur Entstehung von Krankheiten - aber auch für die Entwicklung neuer Diagnostika.

Das MSmed team

Um die Instrumente für die Massenspektrometrie zu verbessern und die Technik allen Forschern zugänglich zu machen arbeiten folgende Gruppen seit vielen Jahren zusammen: die koordinierende Gruppe Mann (Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research, Universität Kopenhagen und Max Planck Institut für Biochemie, Martinsried), die Gruppe Olsen (Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research, Universität Kopenhagen), die Gruppe Cox (Max Planck Institut für Biochemie, Martinsried), die Gruppe Heck (Universität Utrecht) und Makarov vom Industriepartner Thermo Fisher Scientific. Ein Beispiel für die erfolgreiche, frühere Zusammenarbeit ist das EU-Projekt PROSPECTS, das ebenfalls von Prof. Mann koordiniert wurde. In PROSPECTS entwickelten Mann, Olsen, Cox und Makarov gemeinsam neue Technologien für hochsensitive quantitative Proteomik.

Teilnehmende Organisationen

  • Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research, Universität Kopenhagen, DK
  • Max Planck Institut für Biochemie, Martinsried, DE
  • Universität Utrecht, Utrecht, NL
  • Thermo Fisher Scientific

Quelle: Max-Planck-Institut für Biochemie (MPIB)




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