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Synthetic Bioarchitecture Comprised of S-layer Proteins, Lipid Membranes, and in vitro Synthesized Membrane Proteins
(Saudi Digital Library, 2013) Damiati, Samar Abdullah M; Techn, Nat
Membranproteine spielen eine entscheidende Rolle in den Funktionszusammenhängen lebender Zellen. Aufgrund der Komplexität zellulärer Membranen gibt es ein wachsendes Interesse künstliche biomimetische Membranarchitekturen zu entwickeln, die eine reproduzierbare Untersuchung funktioneller (Trans)Membranproteine ermöglichen. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei unterschiedliche Modelllipidmembranen erzeugt und charakterisiert. In der etablierten S-Schicht-Lipid Membran (SsLM) wurden Struktur- und Funktionseigenschaften von einem eingebauten Peptid (Gramicidin) und rekonstituierten Proteinen (spannungsabhängiger Anionenkanal (VDAC), α-Hämolysin) mittels der Methode der Quarzkristallmikrowaage untersucht. Der Einfluss des Strukturaufbaus auf die Dissipation wurde gleichzeitig mit der Veränderung der Impedanz gemessen. Ein wichtiges Resultat dieser Arbeit ist, dass das SsLM Modell eine vielversprechende Plattform für die Untersuchung membranaktiver Peptide und Membranproteine darstellt. Allerdings blieb der Versuch α-Hämolysin funktionell in SsLMs nachzuweisen ohne Erfolg, während sich Gramicidin und VDAC in ihrer Funktion nachweisen ließen. Daraus kann auf die Vielzahl der Parameter geschlossen werden, die für den erfolgreichen Einbau von Membranproteinen, ihre Organisation in Substrukturen und ihre korrekte Assemblierung verantwortlich sind. Ein weiterer wichtiger Aspekt dieser Arbeit besteht in der Anwendung einer neuen Strategie zur Untersuchung vom VDAC basierend auf einem bottom up Ansatz, der direkt von der kodierenden DNA Sequenz ausgeht und in dem fertig rekonstituierten Membranprotein mündet. Diese Strategie wurde dahingehend angewendet, dass auch die optimale cDNA Sequenz generiert wurde, um einen möglichst effektiven, zellfreien Syntheseansatz zu erhalten. Zielstrukturen waren verschiedene Membranmodelle, wie die SsLM Struktur und Lipidvesikel. Zusammenfassend ist in dieser Arbeit der Nachweis geführt worden, dass die Kombination des SsLM Modells mit der zellfreien (in vitro) Synthesestrategie einen vielversprechenden Ansatz zur Untersuchung von Membranproteinen bildet – sowohl für Fragen der Grundlagenforschung, als auch für angewandte Fragestellungen im Bereich der Nanobiotechnologie und der synthetischen Biologie.
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