Fusionsprotein – Biotechnologisches Wirkprinzip in Therapie und Diagnostik

Ein Fusionsprotein ist ein künstlich hergestelltes Eiweißmolekül, das aus zwei oder mehr genetisch miteinander verknüpften Proteinbestandteilen besteht. Diese Proteine behalten in der Regel ihre individuellen Funktionen bei, ergänzen sich jedoch zu einem neuen biologischen Wirkmechanismus, der therapeutisch oder diagnostisch genutzt werden kann. Fusionsproteine entstehen durch rekombinante DNA-Technologie und finden Anwendung in der Biomedizin, Onkologie, Immuntherapie, Impfstoffentwicklung und Zellforschung.

Aufbau und Herstellung

Ein Fusionsprotein wird durch die Fusion zweier Gensequenzen konstruiert, die jeweils für funktionelle Proteine oder Peptidfragmente codieren. Diese werden in geeignete Expressionssysteme (z. B. Bakterien, Hefen oder Säugerzellen) eingebracht und exprimiert. Die resultierenden Proteine sind häufig mit Linkern verbunden, die die strukturelle Flexibilität zwischen den Proteindomänen gewährleisten.

Beispiele für Fusionselemente:

• Zielstruktur (z. B. Antikörperfragment, Ligand, Peptidsequenz)

• Wirkdomäne (z. B. Enzym, Zytokin, Toxin, Gerinnungsfaktor)

Anwendungen in der Medizin

1. Krebstherapie:
Ein bekanntes Beispiel ist das Fusionsprotein tTF-NGR, das in der TRABTRAP-Studie zur Anwendung kommt. Es besteht aus:

• tTF (truncated Tissue Factor): aktiviert die Blutgerinnung

• NGR-Peptid: bindet gezielt an CD13 auf tumorassoziierten Gefäßen
  → Ziel: Tumorvaskulatur verschließen und Krebszellen aushungern

2. Immunmodulation & Autoimmunerkrankungen:

• Etanercept (Enbrel®): Fusionsprotein aus TNF-Rezeptor und Fc-Teil von IgG1
  → Hemmt Tumornekrosefaktor-α bei rheumatoider Arthritis und Psoriasis

3. Impfstoffentwicklung & Diagnostik:

• Verwendung von Fusionsproteinen mit fluoreszierenden Markern oder Trägerproteinen, z. B. in der COVID-19-Forschung

• Fusion von viralen Antigenen mit Immunaktivatoren zur Erhöhung der Immunantwort

4. Gentherapie & Zellbiologie:

• GFP-Fusionsproteine (grün fluoreszierend) zur Visualisierung von Proteintransport und Zellkompartimentierung

Vorteile von Fusionsproteinen

• Zielgerichtete Wirkung bei minimaler Schädigung gesunder Zellen

• Kombination therapeutischer und diagnostischer Eigenschaften

• Stabilität und Halbwertszeit lassen sich durch gezielte Strukturdesigns verbessern

Herausforderungen

• Immunogenität (unerwünschte Immunreaktionen)

• Komplexität bei der Herstellung und Qualitätskontrolle

• Funktionelle Einschränkungen durch Strukturmodifikation

Fusionsproteine sind ein Schlüsselwerkzeug der modernen Biotechnologie und eröffnen neue Wege in der personalisierten Medizin und Tumortherapie.

Literaturhinweise:

• Carter, P. (2011). "Introduction to current and future protein therapeutics." Journal of Immunology.

• Mesters, R. et al. (2022). "tTF-NGR – A targeted fusion protein in vascular tumor therapy." Clinical Cancer Research.

• Fischer, R. et al. (2015). "Fusionsproteine in der Biotechnologie." Biotechnologie Journal.