Biophysik: Das richtige Maß

Im Mittelalter hatte jede Stadt ihr eigenes Maßsystem. Auch heutzutage findet man manchmal noch Eisenstäbe an Marktplätzen, die damals das für die Stadt gültige Längenmaß festlegten.
In der Wissenschaft ist aber kein Platz für solche Unsicherheiten und egal, mit welcher Methode man zum Beispiel die Länge eines Moleküls misst, die Antwort sollte immer die gleiche sein. Ob das zutrifft, haben
nun Forschende der LMU, des Universitätsklinikums Bonn (UKB) und der Universität Bonn für zwei Methoden untersucht. Diese werden sehr oft verwendet, um kleinste Abstände im Nanometerbereich in Eiweißmolekülen zu messen. So lässt sich beispielsweise klären, wie sich solche Moleküle bewegen.

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Systematischer Vergleich

Zunächst erfasste die Arbeitsgruppe von Gregor Hagelueken am Institut für Strukturbiologie des UKB mit Hilfe der sogenannten PELDOR Spektroskopie die Abstände in verschiedenen Eiweißmolekülen. Einige der untersuchten Proteine "schnappen" sich ihr Substrat und helfen so, es zu einem bestimmten Ort in der Zelle zu transportieren. Um das genau beobachten zu können, bauten die Forschenden winzige Magneten – sogenannte „Spin-Label“ – an die Eiweiße und maßen Abstände, die nur etwa einen Milliardstel Meter lang sind. Ihre Ergebnisse übermittelten sie dann an das Biozentrum der LMU München in die Arbeitsgruppe von Prof. Thorben Cordes. Dort untersuchten die Forschenden die gleichen Moleküle mit der sogenannten FRET Spektroskopie. Um die Abstände zu erfassen, verwendeten sie bei dieser Methode winzige Farbstoffmoleküle anstelle der Spin-Label. „Zwar werden beide Methoden sehr häufig verwendet, aber niemand hat bisher systematisch untersucht, ob die Ergebnisse auch wirklich vergleichbar sind“, sagen Hagelueken und Cordes.

In den meisten Fällen waren die Messergebnisse tatsächlich vergleichbar, allerdings stießen die Forscher in zwei Fällen auf Ungereimtheiten, weshalb sie auch weiterhin für eine Messung mit beiden Methoden plädieren. Die Wissenschaftler erforschten auch die Ursachen für die Unterschiede. „In einem Fall stellte sich heraus, dass die Farbstoffmoleküle an dem Eiweiß festklebten und dadurch die Messung verfälschten“, sagt Erstautor Martin Peter von der Universität Bonn. Im zweiten Fall führte die Zugabe einer Art Frostschutzmittel, welches wegen der Messtemperatur von weniger als -220 Grad Celsius notwendig war, zu unerwarteten Abweichungen.
LMU/Universität Bonn

Martin F. Peter, Christian Gebhardt, Rebecca Mächtel, Gabriel G. Moya Muñoz, Janin Glaenzer, Alessandra Narducci, Gavin H. Thomas, Thorben Cordes, Gregor Hagelueken: Cross-validation of distance measurements in proteins by PELDOR/DEER and single-molecule FRET. Nature Communications, 2022.