Synthetische Biologie

Im Verbund: Zelluläre Prozesse mittels Lichtsignalen steuern

Wirkstoffe mittels Licht erzeugen – diesem Konzept hat sich eine neue Forschungsgruppe verschrieben, die von dem Marburger Biochemiker Professor Dr. Lars-Oliver Essen koordiniert wird. Das Team verwendet Hefezellen zur Herstellung bioaktiver Substanzen; um deren Produktion zu verbessern, möchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zelluläre Prozesse mittels Lichtsignalen steuern. Das Bundesforschungsministerium fördert das Verbundvorhaben des Marburger „LOEWE“-Zentrums für Synthetische Mikrobiologie (SYNMIKRO) und dessen Partnern in den nächsten drei Jahren mit rund 1,5 Millionen Euro; davon fließen 900.000 Euro nach Marburg.

Professor Dr. Lars-Oliver Essen (rechts) und Dr. Christof Taxis erforschen im Verbund „MELICOMO“, wie Gene mittels Licht gesteuert werden können. (Foto: Julian C. Essen)

„Die gezielte Steuerung von Genen mittels Licht gewinnt immer mehr an Bedeutung, insbesondere die Produktion von Stoffen, die in der Landwirtschaft oder in der Medizin angewendet werden“, erklärt Verbundkoordinator Lars-Oliver Essen. Das Konsortium mit dem Namen „MELICOMO“ („metabolic engineering with light-controlled modules“) zielt auf die Entwicklung verbesserter Hefezellkulturen, die derartige bioaktive Substanzen kosteneffektiv produzieren.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler versuchen dies zunächst mit einem Wachstumshormon, das in Pflanzen in nur geringer Konzentration vorkommt, nämlich Gibberellinsäure. Dabei bedient sich das Team eines Tricks: Während die Produktion von Gibberellinsäure üblicherweise über giftige Zwischenprodukte verläuft, optimieren die Forscherinnen und Forscher die Bioproduktion des Hormons durch gezielt verabreichte Lichtsignale.

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Die eingesetzten Werkzeuge und Techniken wurden in den drei beteiligten Arbeitsgruppen entwickelt, die Know-how in Biochemie, Hefegenetik, Synthetischer Biologie und Modellierung von Biosynthesewegen mitbringen. „Zum Einsatz kommen artifizielle Chromosomen, synthetische Transkriptionsfaktoren und molekulare, Licht-kontrollierte Protein-Degradationsmodule“, erläutert Verbundsprecher Essen – ein Beispiel: Um die Zellkulturen von einer Wachstums- auf eine Produktionsphase umzustellen, erstellte die Forschungsgruppe eigens molekulare Bauteile, die Enzyme an- und abschalten können.

Die Initiative für „MELICOMO“ ging von Essens Forschungsgruppenleiter Dr. Christof Taxis aus. Neben Essens Arbeitsgruppe beteiligen sich die Nachwuchsgruppe von Dr. Katrin Messerschmidt von der Universität Potsdam sowie die Arbeitsgruppe Prof. Dr. Zoltan Nikoloski vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Golm an dem Verbund. 

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