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Universität Leipzig

Neuer Gen-Schalter für die synthetische Biologie

Dank der Arbeit Leipziger Forscher ist die synthetische Biologie um ein wichtiges Werkzeug reicher. Einer Arbeitsgruppe um den Biochemiker Mario Mörl und den Bioinformatiker Peter F. Stadler ist es gelungen, einen neuen Schalter zu bauen, mit dem die Umsetzung von genetischen Informationen in Proteine reguliert werden kann. Damit könnten beispielsweise Biosensoren entwickelt werden, um umweltrelevante Moleküle in Wasser und Erde aufzuspüren. Die Wissenschaftler der Universität Leipzig haben ihre Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe der englischen Fachzeitschrift „Nucleic Acids Research“ veröffentlicht – als Titelgeschichte.

In lebenden Zellen herrscht ein strenges Regime. So gibt es Schaltstellen, an der entschieden wird, ob Ribonukleinsäure (engl. Abkürzung RNA) gebildet werden darf oder nicht. Und weitere, nach denen dann feststeht, ob ein Protein gebildet wird. Eine besonders interessante Art solcher Schaltelemente stellen sogenannte Riboswitches dar. Einige dieser in der Natur vorkommenden Schalter konnten von Biologen bereits künstlich nachgebaut werden – doch ein entscheidender Baustein fehlte ihnen bislang.

„Es gibt zwei Prozesse bei der Genregulation: die Transkription und die Translation“, erläutert Professor Mario Mörl vom Institut für Biochemie der Universität Leipzig. „Bei letzterer geht es um die Synthese der Proteine. Sie mittels künstlicher Riboswitches zu steuern, war bereits möglich. Uns ist es nun gelungen, auch einen synthetischen Schalter für die Transkription zu generieren.“ Bei der Transkription geht es um die Herstellung von RNA anhand der DNA-Vorlage. „Dabei schreibt ein Enzym die DNA quasi ab. Dies mit einem Riboswitch zu regulieren, ist ungleich schwieriger.“

Ping-Pong zwischen Bioinformatik und Biochemie

Der Leipziger Bioinformatiker Peter F. Stadler konstruierte mit seinem Team passende Riboswitches. „Die Entwürfe haben wir dann im Labor realisiert und getestet“, berichtet Mario Mörl. „Mit den dabei gewonnenen Daten konnten wiederum die Schalter-Konstrukte für die nächsten Labor-Versuche optimiert werden.“ Der neue synthetische Schalter sei also das Ergebnis „einer Art Ping-Pong-Spiel“ zwischen Bioinformatik und Biochemie.

„Die Transkription kontrollieren zu können, ist wichtig“, sagt der 52-Jährige, der voller Begeisterung über das neue Werkzeug spricht. „Man kann die Schalter bauen und sie zum Beispiel mehrfach hintereinander setzen. Damit verstärkt man die Regulation. Als hätte man einen neuen Lichtschalter, der den Unterschied zwischen Hell und Dunkel verstärkt.“

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Über Anwendungen lasse sich nur spekulieren. „Um eine mögliche Anwendung zu nennen: Man könnte mithilfe der Schalter Biosensoren bauen, die dann zum Beispiel umweltrelevante Moleküle oder Hormone in Wasser und Erde aufspüren.“ In Leipzig gehe aber vorerst das Ping-Pong-Spiel weiter. „Schließlich können wir Biochemiker jetzt den Bioinformatikern wieder etwas bieten. Dann werden deren Algorithmen noch besser – und im Anschluss unser Verständnis im Labor.“

(Universität Leipzig, 05.03.2013 – NPO)

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