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Die Erforschung von Proteinen ist ein wichtiges Verfahren in der Biologie, das sowohl in diagnostischen als auch in Forschungslaboren in der Wissenschaft und in der Industrie durchgeführt wird. Die diagnostische Protein-Expressionsanalyse wird verwendet, um das Vorhandensein von Krankheiten oder abnormen physiologischen Zuständen zu erkennen. In der Forschung wird sie bei der Herstellung von bio-engineerten Proteinen für weitere wissenschaftliche Studien oder in der Arzneimittelentwicklung eingesetzt.
Die Expression von Proteinen ist ganz einfach die Produktion eines Proteins aus einer definierten Aminosäuresequenz, die wiederum durch eine definierte Gen-Sequenz bestimmt wird. Das Verständnis dieser Sequenzen ermöglicht es einem Untersucher, ein Protein auf verschiedene Weise zu modifizieren – zum Beispiel, indem er ein fluoreszierendes Tag auf dem Protein anbringt, damit es erkannt werden kann, oder indem er Teile des Proteins entfernt, die seine Produktion oder Verarbeitung durch eine Zelle beeinträchtigen könnten.
Die Protein-Expression wird mit hochentwickelten und spezialisierten Technologien und Verfahren analysiert, wie ELISA, Immunoassays, Massenspektrometrie und Bildgebung. In den meisten Fällen wird das Protein indirekt erkannt – zum Beispiel, indem ein Antikörper verwendet wird, der daran bindet, und dann ein sekundäres Detektionssystem verwendet wird, um es sichtbar zu machen. Eine grundlegende Protein-Detektionstechnik ist der Western Blot, bei dem ein Protein durch ein Agarose-Gel geleitet und dann auf eine Membran übertragen wird. Es wird dann „probiert“, indem ein Antikörper daran bindet, und der Antikörper wird dann mit einer chemischen Lösung wie einer Silberfärbung reagiert, um ein Bild des Standorts des Proteins auf dem Blot zu erzeugen. Dies gibt eine Angabe über die Größe des Proteins und ob es als mehrere oder einzelne Einheiten vorliegt. Eine weitere häufig verwendete Methode ist die fluoreszierende Detektion. Die Bindung eines mit einer fluoreszierenden Partikel markierten Antikörpers an das Protein ermöglicht es, es durch Mikroskopie zu visualisieren.
Die Untersuchung der Expression eines Proteins gibt einem Untersucher eine Angabe darüber, wo es produziert wird (d.h. sein Expressionsmuster und seine Lokalisierung) oder seine Mengen (d.h. seine Gewebe- oder Zellwerte). Diese Informationen werden in der diagnostischen Pathologie verwendet, zum Beispiel bei der Erkennung von Urinprotein, um festzustellen, ob ein Patient Nierenerkrankungen wie Nierenröhrenkrankheit oder diabetische Nephropathie hat. In Gentiklubs erzeugen Gensklonexperimente gewöhnlich rekombinante (genetisch veränderte) Proteine. Die Analyse dieser synthetischen Moleküle ist entscheidend, um Gen-Sequenzen zu verifizieren oder auf Mutationen zu prüfen, die wünschenswert sein können oder nicht. Zum Beispiel sind Impfstoffe Proteine, die von künstlich veränderten Einheiten von Genen produziert werden. Diese Proteine müssen sorgfältig analysiert werden, um sicherzustellen, dass die Gene auf die richtige und gewünschte Weise verändert wurden, um unerwünschte Neben- oder toxische Effekte zu vermeiden.
Die Analyse der Protein-Expression mittels Western Blotting ist ein sehr routinemäßig durchgeführtes Laborexperiment, damit Wissenschaftler die Gensklonierung und die Produktion rekombinanter Proteine auswerten können. Zum Beispiel werden in der Molekularbiologie und Gentechnik Gene verschiedener Arten (wie Maus und Mensch) zusammengefügt und in eine bakterielle Zelle eingebracht, die in der Lage ist, das Protein zu exprimieren. Um sicherzustellen, dass das richtige Protein generiert wird, muss seine Expression durch Western Blotting analysiert werden. Western Blotting wird auch in der medizinischen Pathologie verwendet, um die Rinderseuche und HIV zu diagnostizieren.
Die Durchflusszytometrie erfordert, dass Zellen mit einem fluoreszierenden Antikörper gefärbt werden, der an ein Protein bindet, das auf der Oberfläche oder innerhalb einer Zelle exprimiert wird. Sie wird in der pharmazeutischen Forschung verwendet, um Moleküle (Zytokine) zu finden, die spezifisch für einen bestimmten Zellsatz sind und an Zellsignalisierung und -kommunikation beteiligt sind. Dies ist wichtig, damit die Wirkung von Medikamenten auf die normale Zellphysiologie und -funktion während der Arzneimittelentwicklung und klinischen Studien überwacht werden kann.
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