Suche nach neuen Molekülen

Im menschlichen Organismus gibt es sicherlich noch viele Moleküle, die eine Wirkung haben und noch nicht entdeckt worden sind. Welche Methoden gibt es, um neue Moleküle zu entdecken?
 
ChatGPT: 

Ja, sehr wahrscheinlich gibt es im menschlichen Körper noch zahlreiche biologisch aktive Moleküle, die bisher unbekannt sind. Das gilt insbesondere für kleine Signalmoleküle, Peptide, Stoffwechselprodukte, Lipide und regulatorische RNAs. Die moderne Biologie hat dafür mehrere Suchstrategien entwickelt.

1. Ungezielte Massenspektrometrie (Untargeted Metabolomics)

Dies ist heute eine der wichtigsten Methoden.

Forscher analysieren Blut, Urin, Gewebe oder Zellproben mittels Massenspektrometrie. Dabei werden Tausende chemische Signale gleichzeitig erfasst. Viele dieser Signale lassen sich bekannten Molekülen zuordnen, andere nicht.

Der typische Ablauf:

  1. Probe entnehmen.
  2. Moleküle nach Masse und Ladung trennen.
  3. Spektren mit Datenbanken vergleichen.
  4. Unbekannte Peaks identifizieren und chemisch charakterisieren.

Interessanterweise stammen in vielen Metabolomics-Studien 20–50 % der gemessenen Signale von Molekülen, deren Struktur noch nicht vollständig bekannt ist.

2. Proteomik und Peptidomik

Lange Zeit nahm man an, dass Gene entweder für Proteine kodieren oder bedeutungslos seien. Heute weiß man, dass viele kurze Peptide übersehen wurden.

Forscher suchen deshalb gezielt nach:

  • kleinen Hormonen
  • Neurotransmitter-Vorstufen
  • Signalpeptiden
  • antimikrobiellen Peptiden

Dabei werden Gewebe homogenisiert und die enthaltenen Peptide mittels hochauflösender Massenspektrometrie analysiert.

Auf diese Weise wurden in den letzten Jahrzehnten zahlreiche neue Signalstoffe entdeckt.

3. Genomische Suche nach versteckten Genen

Früher wurden oft nur lange offene Leserahmen (ORFs) als Gene betrachtet.

Heute findet man mit Methoden wie:

  • Ribosome Profiling
  • RNA-Sequenzierung
  • KI-gestützter Genvorhersage

immer wieder sehr kleine Gene, die nur 10–100 Aminosäuren lange Peptide erzeugen.

Viele dieser Mikropeptide haben wichtige Funktionen im Stoffwechsel, Muskelaufbau oder der Zellkommunikation.

4. Funktionsbasierte Suche

Hier kennt man zunächst das Molekül nicht, sondern beobachtet eine biologische Wirkung.

Beispiel:

  • Eine Zellkultur beginnt sich zu teilen.
  • Der auslösende Faktor im Gewebeextrakt ist unbekannt.

Dann wird der Extrakt schrittweise gereinigt:

  1. Fraktionierung
  2. Wirkungstest jeder Fraktion
  3. weitere Aufreinigung
  4. Strukturanalyse des aktiven Stoffes

So wurden viele klassische Hormone und Wachstumsfaktoren entdeckt.

5. Einzelzell-Technologien

Mit modernen Einzelzellverfahren untersucht man jede Zelle separat.

Dadurch lassen sich seltene Zelltypen finden, die ungewöhnliche Moleküle produzieren.

Ein Beispiel sind bestimmte Immunzellen oder Neuronen, die nur unter besonderen Bedingungen Signalmoleküle freisetzen.

6. KI-gestützte Entdeckung

Künstliche Intelligenz wird zunehmend eingesetzt, um in riesigen Datensätzen Muster zu erkennen.

KI kann beispielsweise:

  • unbekannte Peptide vorhersagen,
  • neue Stoffwechselwege identifizieren,
  • mögliche Rezeptoren für unbekannte Signalmoleküle finden.

Dadurch entdeckt man Moleküle, die experimentell kaum auffallen würden.

7. Suche über Rezeptoren

Manchmal kennt man den Empfänger, aber nicht den Boten.

Im menschlichen Genom gibt es zahlreiche sogenannte „verwaiste Rezeptoren“ (orphan receptors), bei denen man den natürlichen Liganden nicht kennt.

Forscher testen dann systematisch:

  • Gewebeextrakte
  • Blutbestandteile
  • Peptidbibliotheken

um herauszufinden, welches Molekül den Rezeptor aktiviert.

Historisch wurden auf diese Weise mehrere Hormone entdeckt.

Wo werden die größten Überraschungen erwartet?

Viele Forscher vermuten, dass besonders in diesen Bereichen noch zahlreiche unbekannte Moleküle verborgen sind:

  • Mikropeptide (unter 100 Aminosäuren)
  • Lipidsignale im Gehirn
  • vom Darmmikrobiom erzeugte Moleküle
  • seltene Metaboliten
  • regulatorische RNA-Fragmente
  • bislang unbekannte Immun-Botenstoffe

Interessanterweise glauben manche Biologen, dass wir bei den biologisch aktiven Kleinmolekülen heute ungefähr dort stehen, wo die Genetik Anfang der 1990er Jahre stand: Die großen Grundprinzipien sind bekannt, aber ein erheblicher Teil der molekularen Vielfalt wartet möglicherweise noch auf seine Entdeckung.

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