Wissenschaftler modifizieren Gefrierschrank, um lichtaktivierte Proteine in Echtzeit einzufangen

Das Verständnis, wie Proteine ihre Struktur als Reaktion auf Licht verändern, ist entscheidend für die Erweiterung unseres Wissens über zelluläre Prozesse und die Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze. Viele Proteine, insbesondere solche, die an der Sehwahrnehmung, der Photosynthese und den zirkadianen Rhythmen beteiligt sind, durchlaufen rasche Konformationsänderungen, wenn sie bestimmten Lichtwellenlängen ausgesetzt werden.

Forscher der Universität Köln haben eine innovative Modifikation von Standardlaborgeräten entwickelt, die die Untersuchung dieser dynamischen Prozesse erheblich zugänglicher macht. Sie modifizierten kommerzielle Plunge-Freezer, indem sie LED-basierte Beleuchtungssysteme hinzufügten, die es Wissenschaftlern ermöglichen, lichtempfindliche Proteine während des ultraschnellen Verglasung­sprozesses zu aktivieren, der in der Kryo-Elektronenmikroskopie eingesetzt wird.

Die Methode funktioniert, indem die Lichtexposition während des Gefrierprozesses, der sich im Millisekundenbereich abspielt, präzise gesteuert wird. Dies ermöglicht es den Forschern, Proteine in spezifischen Konformationszuständen einzufrieren, die nach der Lichtaktivierung auftreten. Das Team demonstrierte seinen Ansatz mithilfe von Phytochromen – pflanzlichen Proteinen, die rotes Licht detektieren und eine entscheidende Rolle bei Wachstum und Entwicklung spielen.

Dieser Fortschritt erweitert das verfügbare Methodenspektrum für die strukturbiologische Forschung erheblich. Bislang erforderte die Untersuchung lichtaktivierter Proteinkonformationen teure Spezialgeräte. Nun können Forscher vorhandene Gefriergeräte mit vergleichsweise einfachen LED-Systemen nachrüsten, wodurch zeitaufgelöste Strukturstudien einem breiteren Forscherkreis zugänglich werden. Die Methode könnte die Erforschung lichtempfindlicher Proteine, die an Sehstörungen, der saisonal abhängigen Depression und der Pflanzenbiologie beteiligt sind, beschleunigen und so möglicherweise zur Identifizierung neuer therapeutischer Zielstrukturen sowie zu Innovationen in der Landwirtschaft führen.