Was ist strukturelle Genomik?
What is structural genomics?
Structural genomics seeks to describe the 3-dimensional structure of every protein encoded by a given genome. This genome-based approach allows for a high-throughput method of structure determination by a combination of experimental and modeling approaches. The principal difference between structural genomics and traditional structural prediction is that structural genomics attempts to determine the structure of every protein encoded by the genome, rather than focusing on one particular protein. With full-genome sequences available, structure prediction can be done more quickly through a combination of experimental and modeling approaches, especially because the availability of large number of sequenced genomes and previously solved protein structures allows scientists to model protein structure on the structures of previously solved homologs.

Because protein structure is closely linked with protein function, the structural genomics has the potential to inform knowledge of protein function. In addition to elucidating protein functions, structural genomics can be used to identify novel protein folds and potential targets for drug discovery. Structural genomics involves taking a large number of approaches to structure determination, including experimental methods using genomic sequences or modeling-based approaches based on sequence or structural homology to a protein of known structure or based on chemical and physical principles for a protein with no homology to any known structure.

As opposed to traditional structural biology, the determination of a protein structure through a structural genomics effort often (but not always) comes before anything is known regarding the protein function. This raises new challenges in structural bioinformatics, i.e. determining protein function from its 3D structure.

Structural genomics emphasizes high throughput determination of protein structures. This is performed in dedicated centers of structural genomics.

While most structural biologists pursue structures of individual proteins or protein groups, specialists in structural genomics pursue structures of proteins on a genome wide scale. This implies large-scale cloning, expression and purification. One main advantage of this approach is economy of scale. On the other hand, the scientific value of some resultant structures is at times questioned. A Science article from January 2006 analyzes the structural genomics field.

One advantage of structural genomics, such as the Protein Structure Initiative, is that the scientific community gets immediate access to new structures, as well as to reagents such as clones and protein. A disadvantage is that many of these structures are of proteins of unknown function and do not have corresponding publications. This requires new ways of communicating this structural information to the broader research community. The Bioinformatics core of the Joint center for structural genomics (JCSG) has recently developed a wiki-based approach namely Open protein structure annotation network (TOPSAN) for annotating protein structures emerging from high-throughput structural genomics centers.
Die strukturelle Genomik versucht, die 3-dimensionale Struktur jedes Proteins zu beschreiben, das von einem bestimmten Genom kodiert wird. Dieser genombasierte Ansatz ermöglicht eine Hochdurchsatzmethode zur Strukturbestimmung durch eine Kombination aus experimentellen und modellierenden Ansätzen. Der Hauptunterschied zwischen der strukturellen Genomik und der traditionellen Strukturvorhersage besteht darin, dass die strukturelle Genomik versucht, die Struktur jedes vom Genom kodierten Proteins zu bestimmen, anstatt sich auf ein bestimmtes Protein zu konzentrieren. Wenn vollständige Genomsequenzen zur Verfügung stehen, kann die Strukturvorhersage durch eine Kombination aus experimentellen und modellierenden Ansätzen schneller erfolgen, vor allem weil die Verfügbarkeit einer großen Anzahl von sequenzierten Genomen und bereits gelösten Proteinstrukturen es den Wissenschaftlern ermöglicht, die Proteinstruktur anhand der Strukturen von bereits gelösten Homologen zu modellieren.

Da die Proteinstruktur eng mit der Proteinfunktion verknüpft ist, hat die Strukturgenomik das Potenzial, das Wissen über die Proteinfunktion zu erweitern. Neben der Aufklärung von Proteinfunktionen kann die strukturelle Genomik auch dazu genutzt werden, neue Proteinfalten und potenzielle Ziele für die Entdeckung von Medikamenten zu identifizieren. Die Strukturgenomik umfasst eine Vielzahl von Ansätzen zur Strukturbestimmung, darunter experimentelle Methoden mit genomischen Sequenzen oder modellbasierte Ansätze, die auf Sequenz- oder Strukturhomologie zu einem Protein mit bekannter Struktur oder auf chemischen und physikalischen Prinzipien für ein Protein ohne Homologie zu einer bekannten Struktur beruhen.

Im Gegensatz zur traditionellen Strukturbiologie wird die Struktur eines Proteins mit Hilfe der Strukturgenomik oft (aber nicht immer) bestimmt, bevor etwas über die Funktion des Proteins bekannt ist. Daraus ergeben sich neue Herausforderungen für die strukturelle Bioinformatik, d. h. die Bestimmung der Funktion eines Proteins anhand seiner 3D-Struktur.

Die strukturelle Genomik legt den Schwerpunkt auf die Bestimmung von Proteinstrukturen im Hochdurchsatzverfahren. Dies wird in speziellen Zentren für strukturelle Genomik durchgeführt.

Während sich die meisten Strukturbiologen mit der Struktur einzelner Proteine oder Proteingruppen befassen, erforschen die Spezialisten der strukturellen Genomik die Struktur von Proteinen auf genomweiter Ebene. Das bedeutet Klonierung, Expression und Aufreinigung in großem Maßstab. Ein Hauptvorteil dieses Ansatzes ist die Skaleneffizienz. Andererseits wird der wissenschaftliche Wert einiger daraus resultierender Strukturen gelegentlich in Frage gestellt. In einem Science-Artikel vom Januar 2006 wird der Bereich der strukturellen Genomik analysiert.

Ein Vorteil der strukturellen Genomik, wie z. B. der Protein Structure Initiative, ist, dass die wissenschaftliche Gemeinschaft sofortigen Zugang zu neuen Strukturen sowie zu Reagenzien wie Klonen und Proteinen erhält. Ein Nachteil ist, dass viele dieser Strukturen von Proteinen mit unbekannter Funktion stammen und keine entsprechenden Veröffentlichungen vorliegen. Daher müssen neue Wege gefunden werden, um diese Strukturinformationen an die breitere Forschungsgemeinschaft weiterzugeben. Das Bioinformatikzentrum des Joint center for structural genomics (JCSG) hat vor kurzem einen Wiki-basierten Ansatz entwickelt, das Open protein structure annotation network (TOPSAN), um Proteinstrukturen aus Hochdurchsatz-Strukturgenomikzentren zu annotieren.
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