Ummantelung einzelner lebender Hefezellen mit Siliziumdioxid erstmals gelungen Kunstschale schützt Hefezellen - scinexx | Das Wissensmagazin
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Ummantelung einzelner lebender Hefezellen mit Siliziumdioxid erstmals gelungen

Kunstschale schützt Hefezellen

Prozess der Hefe-Einkapselung © Angewandte Chemie

Koreanische Forscher haben eine Methode entwickelt, mit der sich einzelne Zellen von Bäckerhefe mit einer künstlichen Schale aus Siliziumdioxid versehen lassen. Die so geschützten Zellen leben dreimal so lange und sind gegen ungünstige Außenbedingungen geschützt. Vorteile bietet dies vor allem für die Diagnostik und Entwicklung von Arzneimitteln, bei denen Hefen eine wichtige Rolle spielen.

Unser Frühstücksei ist eine Besonderheit der Natur: Es besteht anfangs aus einer einzelnen Zelle, die von einer dünnen mineralischen Schicht geschützt wird. Abgesehen von einer Reihe winziger Strahlentierchen und Kieselalgen haben einzelne Zellen normalerweise keine harte Schale. Während es in bisherigen Forschungsarbeiten zwar bereits gelungen war, Hefezellen künstlich mit einer mineralischen Phosphatschicht zu überziehen, ließen sich individuelle Zellen bisher nicht in Siliziumdioxid einkapseln.

Künstliche Schale

Koreanische Forscher haben jetzt jedoch eine Strategie entwickelt, einzelne Zellen von Bäckerhefe, Saccharomyces cerevisiae, mit einer künstlichen Schale aus Siliziumdioxid zu versehen. Wie das Team um Insung S. Choi in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichtet, verdreifacht sich die Lebensdauer der so ummantelten Hefezellen, ihre Zellteilung wird dabei gezielt unterdrückt. Die Schale schützt die Zellen zudem gegen ungünstige äußere Bedingungen.

Inspiriert durch die natürliche Schalenbildung in Kieselalgen entwickelten die Forscher nun einen biomimetischen Prozess, mit dem sich einzelne Zellen unter milden physiologischen Bedingungen ummanteln lassen. Die Oberfläche von Kieselalgen ist von speziellen langkettigen Molekülen bedeckt, die viele positiv geladene Atomgruppen tragen und die Biomineralisation auslösen.

Schichtweise Polymere

Die Forscher ahmten dies nach, indem sie die Zellmembranen der Hefezellen mit künstlichen Polymeren versehen, immer abwechselnd Schichten mit vielen positive Ladungen und Schichten mit vielen negativen Ladungen – insgesamt 21 Schichten. Werden die so behandelten Hefezellen in eine Lösung gegeben, die negativ geladenen Kieselsäure- Verbindungen enthält, lagern sich diese an die äußerste positiv geladene Schicht der Hefen an. Diese mineralisieren zu Siliziumdioxid und kapseln die Hefezellen vollständig ein.

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Anwendung in der pharmazeutischen Industrie und Biotechnologie

Genetisch veränderte Hefen stellen wichtige pharmazeutische Wirkstoffe her. In der molekularbiologischen Forschung setzt man die sehr einfach kultivierbaren Hefen oft für grundlegende Untersuchungen zellulärer Vorgänge ein und nutzt sie für die Diagnostik menschlicher Erkrankungen. Schutz und verbesserte Lagerfähigkeiten durch eine Schale könnten hier neue Potenziale eröffnen. Zudem kann die Schale als Gerüst für chemische und biologische Eigenschaftsmodifizierungen dienen.

(Gesellschaft Deutscher Chemiker, 04.11.2009 – NPO)

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