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In der vorliegenden Bachelorarbeit werden zwei gentechnisch veränderte Escherichia coli Stämme unter verschiedenen Wachstumsbedingungen mittels flowzytometrischer und massenspektrometrischer Analysen untersucht. Zum Einen wird die Quantität des rekombinanten Proteins L - Prolin - trans - 4 - Hydroxylase auf Populations -, sowie Subpopulationsebene, analysiert. Zum Anderen werden weitere Proteine des Proteoms einbezogen, um auftretende Subpopulationen genauer zu charakterisieren.
QSAR- und QSPR-Modelle finden bereits seit etwa 40 Jahren in der Arzneimittelherstellung, dem Drug-Design, Anwendung. Durch sie lassen sich Verhaltensweisen von chemischen Substanzen vorhersagen, sodass Interaktionen und Reaktionen mit anderen Chemikalien abgeschätzt werden können. Dieser Ansatz lässt sich auch auf Proteine übertragen. Der Faltungsweg eines Proteins hin zu seiner nativen Struktur kann noch nicht genau bestimmt werden. Durch die energetische Beschreibung mit Hilfe von Deskriptoren kann dies allerdings möglich werden. Diese Bachelorarbeit soll sich mit möglichen Deskriptoren befassen, um anschließende mathematische Analysen hin zu einem QSER-Modell (Quantitative Structure Energy Relationships) zu vereinfachen. Dabei sollen Zusammenhänge zwischen dem Energieprofil und der Struktur eines globulären Proteins erklärt, erforscht und verstanden werden. Auch Grundgedanken für die weitere Vorgehensweise sollen diskutiert und verglichen werden. Das abschließende Ziel der gesamten Thematik ist die Erklärung struktureller Ausbildungen eines Proteins unter Integration der energetischen Charakterisierungen.
Als eines der wichtigsten Verfahren der Biologie als beobachtende Wissenschaft ist das Vergleichen von Organismen. Zweck dafür ist es auf phylogenetische Zusammenhänge schließen zu können. Dieses Prinzip ist ebenso auf den Nanokosmos der Proteine übertragbar. Aus dem Vergleich zweier Sequenzen können Unterschiede und Ähnlichkeiten aufgedeckt, und somit Rückschlüsse auf die funktionellen, strukturellen und evolutionären Beziehungen gewonnen werden. Es existieren zahlreiche Algorithmen, die den Vergleich von Proteinen auf den verschiedensten Abstraktionsebenen ermöglichen, wobei diese meist hochgradig spezialisiert sind. Diese Determiniertheit führt häufig zum Informationsverlust. Um den biologischen Kontext zu erfassen, ist es oft notwendig verschiedene Algorithmen auf eine Fragestellung anzuwenden. In dieser Arbeit wird ein Algorithmus vorgestellt, der die Informationen verschiedenster Proteinstrukturebenen vereint und daraus ein einziges Alignment erzeugen kann. Dafür nutzt das Programm den neuartigen Ansatz der Proteinenergieprofilberechnung. Weiterhin wird im Rahmen dieser Arbeit näher auf die Berechnung und Strukturkorrelationen von Energieprofilen eingegangen. Zudem wird ein Algorithmus erläutert, der Alignments dieser Profile durchführt. Im letzten Punkt wird eine Methodik zur Vorhersage von Energieprofilen erläutert sowie dessen Güte abgeschätzt.
Die ABC-Transportproteine MDR1, MRP1 und MRP2 bilden einen zellulären Schutzmechanismus gegen ein breites Spektrum toxischer Substanzen, indem sie diese aktiv aus der Zelle schleusen. Substanzen, die die Funktion dieser Proteine einschränken, werden als „Chemosensitizer“ bezeichnet. Werden die Transportproteine durch Chemosensitizer blockiert, können toxisch wirkende Substanzen ungehindert in der Zelle akkumulieren. In dieser Diplomarbeit wurde zum Einen ein für die MDR1- und MRP1-Transportproteine bereits bestehendes Testsystem zur Messung der Transporter-Aktivität modifiziert und für MRP2 etabliert. Zum Anderen wurde mit dem optimierten Aktivitätstest die Wirkung von zwölf synthetischen Duftstoffen auf die drei ABC-Transportproteine untersucht. Dabei wurden transfizierte MDCKII-Zellen eingesetzt, die die jeweiligen Transportproteine überexprimieren. Die Aktivität der Proteine wurde mit einem Fluoreszenzfarbstoff überprüft. Eine Farbstoff-Akkumulation in der Zelle deutete auf eine Inhibierung des Transportproteins durch die Versuchschemikalien hin.