Waschmittel, Käseherstellung oder Blutzuckertests – überall dort sind Enzyme wirksam und beeinflussen chemische Reaktionen. Ein internationales Forscherteam hat jetzt eine neue Methode entwickelt, um die Eigenschaften von Enzymen zu verbessern. Sie besitzt das Entwicklungspotenzial für weitgefächerte Anwendungen in der chemischen, medizinischen und der Nahrungsmittelindustrie, berichten die Wissenschaftler aus Tschechien, Deutschland und Japan in der Fachzeitschrift „Nature Chemical Biology“.
Die veränderten Enzyme können zum Beispiel dafür verwendet werden, um chemische Substanzen zu entsorgen, die durch den Menschen in die Umwelt gelangt sind und für Mensch und Tier äußerst gefährlich sind. Die Natur kann im Prinzip viele dieser Chemikalien abbauen, die Forscher haben jedoch einen Ansatz entwickelt, mit dem die bedrohlichen Substanzen rasch und effizient entfernt werden können.
Ziel: gefährliche Substanzen in der Umwelt entsorgen
Das Prinzip der Entdeckung gründet sich auf der genetischen Manipulation eines Enzyms, das die chemische Reaktion startet und beschleunigt. „Wir können jetzt genetische Veränderungen nutzen, um die Eigenschaften der Enzyme zu verändern, damit sie schneller und leichter die gefährlichen Substanzen in der Umwelt entsorgen können“, berichtet Jiri Damborsky, Leiter der Protein Engineering Group am Institut für Experimentalbiologie der Masaryk University in Brno (Tschechische Republik).
Bislang hatten sich die Wissenschaftler bei der Veränderung von Enzymeigenschaften auf die Stelle im Enzym konzentriert, an der die chemische Reaktion abläuft – auf das aktive Zentrum. Die neue Methode hingegen basiert auf der Veränderung so genannter „Zugangstunnel“ – access tunnels -, die das aktive Zentrum mit der Oberfläche des Enzyms verbinden.
Forscher manipulieren Tunnel
„Mit speziellen informatischen Techniken haben wir die experimentelle Arbeit unterstützt, diese Tunnel zu manipulieren, um ihre Zugänglichkeit zu den abgebauten Substanzen zu verändern“, sagt Rebecca Wade, Leiterin der Molecular and Cellular Modeling Group am EML Research in Heidelberg.
Die Wissenschaftler wandten diesen Ansatz der Enzymmanipulation an, um eine hochgiftige Substanz abzubauen: Trichloropropan (TCP). Diese farblose Flüssigkeit fällt in der chemischen Industrie als Nebenprodukt an. Sie bleibt im Boden und Grundwasser über hundert Jahre vorhanden, verunreinigt das Trinkwasser und ist krebserregend.
Viele Anwendungsmöglichkeiten
Mit dem neuen Ansatz entwickelten die Proteinforscher ein verändertes Enzym, das TCP 32-mal schneller abbauen kann als das ursprüngliche Enzym. Aber die Methode kann nicht nur im Kampf gegen gefährliche Substanzen und zum Umweltschutz angewendet werden. Die gezielte Veränderung der Tunnel in Enzymen kann für verschiede Anwendungsbereichen nutzbar gemacht werden, wie zum Beispiel Biomedizin, chemische Industrie und Nahrungsmittelproduktion.
(idw – EML Research, 25.09.2009 – DLO)
