Protein-Bioinformatik

Vikram Alva-Kullanja

Man schätzt, dass es heute mehr als eine Billion verschiedener Proteine gibt. Obwohl dies auf den ersten Blick eine riesige Zahl zu sein scheint, ist die tatsächliche Vielfalt der Proteine in der Natur eher begrenzt. Viele Proteine zeigen nachweisbare Ähnlichkeiten in Sequenz und Struktur, da sie durch Amplifikation, Rekombination und Divergenz aus einem Grundbestand an autonom faltbaren Modulen, den so genannten Domänen, entstanden sind.

Über die Vielfalt der modernen Proteine

Ein sequenzbasierter Vergleich moderner Proteine weist aus, dass sie in nur etwa zehntausend Domänenfamilien fallen, die sich aufgrund struktureller Ähnlichkeit in eine von rund tausend Faltungen einteilen lassen. Viele dieser Faltungen gab es bereits zur Zeit des letzten universellen gemeinsamen Vorfahren, einem theoretischen Urorganismus, von dem alles Leben auf der Erde abstammt.

Wir sind sehr daran interessiert, jene Ereignisse zu verstehen, die zur Entstehung dieser ersten Faltungen und ihrer Diversifizierung in die vielen funktionellen heute bekannten Proteinfamilien führten.

Das MPI Bioinformatik-Toolkit

Um die evolutionären Beziehungen zwischen Proteinen zu verfolgen, verwenden wir Bioinformatik-Tools, die Korrelationen zwischen Sequenz- und Strukturähnlichkeit herstellen. Viele der von uns verwendeten Tools, wie die hochmodernen Sequenzvergleichsmethoden HHblits und HHpred, sind in das MPI Bioinformatics Toolkit integriert, eine integrative Ressource für die bioinformatische Analyse von Proteinen aus einer Hand, die wir entwickeln und pflegen.

Das Toolkit umfasst derzeit 36 miteinander verbundene interne und externe Werkzeuge, deren Funktionalität die Erkennung entfernter Homologe, die Berechnung multipler Alignments und die Annotation von Sequenzmerkmalen umfasst.

Prokaryotische Zelloberflächenproteine

Alle Zellen nutzen eine ausgeklügelte molekulare Maschinerie, um mit ihrer Umgebung zu interagieren, aber die molekulare Grundlage solcher Interaktionen ist bei Prokaryonten nach wie vor schlecht verstanden. Zu diesem Zweck arbeiten wir in einem vom HFSP finanzierten Projekt mit Tanmay Bharat (MRC LMB) und Alex Bisson (Brandeis University) zusammen, um die Evolution und die molekularen Grundlagen der Mechanosensorik in Archaeen zu untersuchen.

Außerdem arbeiten wir gemeinsam mit Tanmay Bharat an der Entschlüsselung der Evolution und der Struktur prokaryontischer S-Schichten (zweidimensionale parakristalline Schichten, die viele prokaryontische Zellen einkapseln).