Praetorius Group

Biomolekulares Design

In der Biologie sind Struktur und Funktion eng miteinander verknüpft. Proteine falten sich zu komplizierten dreidimensionalen Gebilden, die ihre Funktionen bestimmen, und mehrere Proteine sind oft in großen molekularen Komplexen angeordnet, deren Funktionen sich aus ihrer Gesamt-Form oder aus der relativen Anordnung ihrer Bausteine ergeben.

Molekulares Design ermöglicht es uns, neue Formen und Strukturen mit neuartigen oder optimierten Funktionen zu schaffen. Die Praetorius-Gruppe ist auf zwei Arten von biomolekularen Bausteinen spezialisiert: Proteine und Nukleinsäuren. Wir verwenden Deep Learning-basierte computergestützte Design-Tools wie Halluzination, Diffusion und ProteinMPNN sowie konventionellere physikalisch basierte Protein-Design-Tools wie Rosetta, um neue Proteine von Grund auf neu zu entwickeln. Auf der experimentellen Seite verwenden wir biochemische und biophysikalische Methoden, um diese de novo entworfenen Proteine im Labor zu charakterisieren. Um Längenskalen zu erreichen, die derzeit für das Proteindesign nicht zugänglich sind, nutzen wir die Nukleinsäure-Nanotechnologie, insbesondere DNA-Origami.

Letztlich wollen wir die beiden Designansätze – Proteindesign und DNA-Nanotechnologie – miteinander kombinieren, um neuartige DNA-Protein-Hybridkomplexe mit Funktionen und Eigenschaften zu erzeugen, die mit einer der beiden Techniken allein nicht erreichbar wären. Unser Ziel ist die Entwicklung einer allgemeinen Plattform für die Kontrolle der räumlichen Anordnung funktioneller Proteindomänen mit molekularer Präzision auf der Nanometer- bis Mikrometerskala in molekularen Komplexen die auf äußere Stimuli reagieren können und so eine gezielte Reorganisation oder Dissoziation ermöglichen. Wir planen, diese Plattform zu nutzen, um den komplexen Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion zu untersuchen, z. B. im Kontext der Rezeptor-Ligand-Interaktionen, und um neuartige Werkzeuge zu entwickeln für so unterschiedliche Anwendungen wie Biosensorik, Genbearbeitung oder Impfstoffentwicklung.