Synthethische Pflanzenvirologie

Die Arbeitsgruppe „Synthetische Pflanzenvirologie“ beschäftigt sich mit modifizierten Pflanzenviren, die es erlauben, gewünschte Proteine schnell und in großen Mengen herzustellen. Das Virus bewegt sich hierbei selbstständig durch die Pflanze, repliziert und produziert sowohl seine eigenen Proteine als auch Fremdproteine.

DFG Projekt PlantVirusBone

In Zusammenarbeit mit Professor Dr.-Ing. Horst Fischer, Universitätsklinikum Aachen, AöR Lehr- und Forschungsgebiet Zahnärztliche Werkstoffkunde und Biomaterialforschung Aachen 

Biomineralisierung dreidimensional gedruckter Hydrogele für den Knochenersatz mittels biotechnologisch modifizierten Pflanzenvirus- Nanopartikeln, die geeignete osteogene Peptide in hohen lokalen Konzentrationen präsentieren (PlantVirusBone) 

Das Ziel des Projektes ist die Herstellung von dreidimensionalen zellbeladenen Matrizen für eine verbesserte Knochenmineralisierung. Dies soll durch die Kombination dreidimensionaler Hydrogel-basierter Bioprinting-Verfahren mit Pflanzenvirus-Nanopartikeln (PVNPs) verwirklicht werden.

Lehr- und Forschungsgebiet Pflanzenbiotechnologie

Rekombinante therapeutische Proteine und proteinbasierte Impfstoffe spielen zunehmend eine wichtige Rolle in der modernen Medizin und Gesundheitsvorsorge. Pflanzen und Pflanzenzellkulturen beginnen sich in dem hart umkämpften Bereich der biotechnologischen Produktionssysteme für rekombinante Proteine immer stärker zu etablieren. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Pflanzen und Pflanzenzellkulturen zahlreiche Vorteile gegenüber den herkömmlichen auf Fermentation basierenden Technologien bieten: die geringen Kosten für die großtechnische Produktion, nahezu unbegrenzte Maßstabsvergrößerung und die Fähigkeit pflanzlicher Zellen, die für viele eukaryotischen Proteine wichtigen posttranslationalen Modifikationen durchzuführen.

Lichtkontrollierbare Systeme auf Pflanzenvirusoberflächen

Ab November 2019 startet das neue Projekt zur Funktionalisierung von lichtkontrollierbaren Systemen auf Pflanzenviruspartikeln. Wir gratulieren Louisa Kauth zum Einwerben des Promotionsstipendiums der RWTH-Graduiertenförderung und freuen uns sehr auf die Zusammenarbeit!

Lichtkontrollierbare Proteine bieten die Möglichkeit, die Bildung von Proteinpaare gezielt zu steuern und somit Einfluss auf verschiedenste zelluläre und molekulare Prozesse zu nehmen. Dadurch gewinnen lichtaktivierbare Systeme zunehmendes Interesse im Bereich der Biomedizin und Biomaterialherstellung. Dabei können bereits bekannte wirksame Proteinpaare genutzt werden. Licht dient als effektiver Stimulus für die Bindung der Proteinpaare und kann mit einer hohen räumlichen und zeitlichen Kontrolle angewandt werden. Zudem ist die Lichtintensität einfach zu steuern und das Lichtspektrum breit.

LignaSyn

Im Fokus der Arbeitsgruppe „LignaSyn“ steht die Etablierung eines Synthesewegs zur Produktion von Lignanen in genetisch modifizierten Bakterien. Lignane bilden eine große Gruppe von komplexen natürlichen Verbindungen, die aus dem Shikimisäure-Biosyntheseweg der Pflanzen stammen. Sie kommen beispielsweise in Pflanzen wie der Baldrian- und der Taigawurzel, sowie in verschiedenen essbaren Pflanzenteilen von Lein- und Sesamsamen, Getreidekörnern, Früchten und Gemüse vor. Neben dem Einsatz von Lignanen in der Homöopathie sowie der prophylaktischen Phytotherapie haben insbesondere Lignane aus Podophyllum eine aktuelle Bedeutung als Chemotherapeutika in der Bekämpfung von Leukämien.

Image Processing

High-throughput protein crystallization screening

Automatic image acquisition and evaluation plays an important role in high throughput screening. In order to obtain high quality images for up to several hundred droplets per plate in protein crystallization screening experiments, our polarized light imaging platform is equipped with automatic center detection and auto-focusing specially developed for droplet imaging.

Computational Structural Biology

Even though there are fast development in the competing technologies, such as NMR and de novo prediction, X-ray crystallography is still the single most trustworthy method to obtain high resolution protein structures. Recently the high-throughput screening made the search for the crystallization condition much easier, but the growth of crystals remains a bottleneck and depends very much on trial-and-error. Our goal is to use computational methods to select the best mutation site on the protein surface that increases crystallization propensity, by using only low resolution or predicted structures, and the core problem is the prediction of crystal packing using any given structure.

β-Lactamases

β-Lactamases are a large structurally heterogeneous familiy of bacterial enzymes catalyzing the cleavage of β-lactam antibiotics that are used as the predominant therapeutics in the treatment of bacterial infections. As β-lactamases appear to be one of the largest problems in human and veterinary infectiological medicine within the next decades and until now no strong pharmaceuticals are known to overcome the β-lactamase mediated bacterial resistances, a great effort of research is required to provide armed weapons against bacterial infections in the future. Therefor our group is working in the area of structure-function research, to get deep insights into structural and kinetical aspects of β-lactamases, which allow the development of new inhibitors. This includes x-ray crystallographic structure solutions and molecular dynmaic calculations, biophysical characterization of enzyme-ligand-complexes as well as the kinetical characterization of beta-lactamases, antibiotics and inhibitors. The following short descriptions give an insight into the current focus of research.

 

Structural Biology

The detailed knowledge about structure, interaction and organization of biological macromolecules, especially of proteins, is an essential requirement for understanding biological processes and thus for the development of biotechnological products. Only a deep structural insight into the atomic world of biological important molecules allows the rationally guided design of pharmaceuticals, diagnostics, enzymes and production systems.

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