Forschungsbereich D: Design makromolekularer Komplexe

Zu den Schlüsselpositionen, die makromolekulare Komplexe im Stoffwechsel eines jeden Organismus besetzen, gehören die Energiegewinnung, der Aufbau von Zellstrukturen und die Regulation bzw. Koordination zellulärer Abläufe.

Die Fortschritte zum Verständnis dieser zellulären „Maschinen“ ermöglichten es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des CEF, mit der zweiten Förderperiode (CEF-II) ab 2012 einen neuen Abschnitt in der Forschung an makromolekularen Komplexen einzuleiten. Ausgewählte Proteinkomplexe wurden dabei zielgerichtet verändert, um so neue Funktionen zu gewährleisten. Aufbauend auf den Erkenntnissen aus früheren Forschungsvorhaben, unter anderem erzielt in der ersten Förderperiode des CEF (CEF-I), wurde daran gearbeitet, dass maßgeschneiderte makromolekulare Komplexe neue Aufgaben erfüllen und in Raum und Zeit kontrollierbar arbeiten.

Für die Kontrolle statischer und dynamischer Eigenschaften von makromolekularen Komplexen stand im CEF ein sehr breites Spektrum an Methoden zur Verfügung, inkl. Protein-Modellierung und Design, verschiedene spektroskopische Methoden, Elektronenmikroskopie, Strukturbiologie, Photobiologie und Rasterkraftmikroskopie.

Ein konkreter Arbeitsschwerpunkt war die Steuerung von zellulären Vorgängen durch Licht – z. B. um Ionenströme über Membranen durch Licht anzutreiben. So konnten lichtgetriebene Ionenkanäle, die primär Natrium und Calcium leiten, mit anderen Kalium-leitenden Ionenkanälen funktional verknüpft werden, um neue Anwendungen in der Optogenetik zu ermöglichen.

In einem weiteren Arbeitsschwerpunkt galt es, Proteinkomplexe zu modifizieren, die in der Natur für die Herstellung von pharmazeutisch relevanten Substanzen verantwortlich sind. So können die Syntheseverfahren der Natur zur Herstellung neuer Medikamente verwendet werden, um beispielsweise der Zunahme von Resistenzen gegen Antibiotika aktiv entgegenzuwirken.