Molekulares Lego

Bakterien das Schwimmen beibringen

Forscher, die sich mit synthetischer Biologie beschäftigen, nutzen Bausteine der Natur und kombinieren sie neu. Dadurch erwerben Bakterien Funktionen, die sie vorher nicht hatten. Ein großes Potenzial für die Biotechnologie.

In Wirklichkeit sind ihre Proben nicht so farbenfroh wie Legosteine, aber ähnlich wie beim Baukastenprinzip konnte Johanna Roßmanith Module der Bakterien-RNA neu miteinander kombinieren. (© RUB, Marquard)

Bakterien reagieren auf Temperatur und Stoffwechselprodukte
Johanna Roßmanith und ihr Doktorvater Prof. Dr. Franz Narberhaus vom Lehrstuhl für Biologie der Mikroorganismen konnten in einer Studie steuern, welche Proteine ein Bakterium herstellt und wie es sich verhält. So brachten sie zum Beispiel ein Bakterium zum Schwimmen, das vorher unfähig war, sich fortzubewegen. Die Forscher machten es möglich, indem sie verschiedene Module aus der RNA des Bakteriums neu kombinierten.

In der Studie, die in der Zeitschrift Nucleic Acids Research veröffentlicht wurde, setzten die Biologen sogenannte Riboswitche, auch RNA-Schalter genannt, und RNA-Thermometer ein. Riboswitche nehmen wahr, ob ein bestimmtes Stoffwechselprodukt in der Zelle im Überschuss vorliegt und regulieren bei Bedarf die Biosynthese oder Aufnahme dieser Substanz.

RNA-Thermometer kontrollieren eine Reihe von temperaturabhängigen Prozessen. Zum Beispiel bemerkt ein Bakterium, das aus kontaminiertem Wasser in einen menschlichen Körper gelangt, den damit verbundenen Temperaturunterschied. Daraufhin produziert es bestimmte Faktoren, die zur Infektion des Wirtes führen.

Anzeige

Mix and Match von Bausteinen
„Regulatorische RNA-Module sind für Anwendungen in der synthetischen Biologie attraktiv, weil sie Signale aus der Umwelt direkt wahrnehmen und unmittelbar die darauffolgenden Gene an- oder abschalten", erklärt Johanna Roßmanith.

Eine offene Frage war, ob solche Bausteine aus der Natur wie Legobausteine beliebig miteinander kombinierbar sind, um neuartige Sensoren zu entwickeln. Für ihre Arbeit setzte die Doktorandin verschiedene Riboswitche ein, die sie seriell an ein RNA-Thermometer koppelte.

In einer alternativen Strategie integrierte sie die Thermometerstruktur in den Riboswitch. Auf beiden Wegen konnte sie neuartige funktionale Elemente erzielen, die auf die Kombination eines chemischen und eines physikalischen Signals, hier der Temperatur, reagierten.

Bakterien das Schwimmen beibringen
Um das Bakterium aus dem obigen Beispiel zum Schwimmen zu bringen, brachten die Forscher ein Gen, das für die bakterielle Fortbewegung verantwortlich ist, unter die Kontrolle der neu kombinierten RNA-Regulatoren. Voraussetzung für den Erfolg war die richtige Signalkombination. Der Riboswitch benötigte zum Beispiel einen bestimmten chemischen Stoff in Kombination mit einer bestimmten Temperatur.

Potenzial in der Biotechnologie
„Ganz so modular wie Klötze aus dem Baukasten sind RNA-Schalter nun doch nicht", gibt Franz Narberhaus zu. „Frau Roßmanith musste viele Kombinationen ausprobieren und optimieren, bevor sie funktionale Blöcke erzielte. Unsere Ergebnisse zeigen aber, dass RNA-Module großes Potenzial in der Biotechnologie haben, um Prozesse in der Bakterienzelle ganz gezielt zu steuern."

Originalveröffentlichung:
J. Roßmanith, F. Narberhaus (2016): Exploring the modular nature of riboswitches and RNA thermometers, Nucleic Acids Research, DOI: 10.1093/nar/gkw232.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Franz Narberhaus
Lehrstuhl Biologie der Mikroorganismen, Fakultät für Biologie und Biotechnologie,
Ruhr-Universität Bochum
E-Mail: franz.narberhaus@rub.de

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige
Anzeige

EIN MUSS FÜR LABOREXPERTEN: LABSOLUTIONS

Am 04.09.2019 erwarten Sie bei der Th. Geyer Laborfachmesse LABSOLUTIONS in der MesseHalle Hamburg-Schnelsen 60 namhafte Aussteller, 22 Fachvorträge, ein Gewinnspiel und Catering. Unbezahlbare Vorteile komplett kostenfrei für Sie. Infos und Anmeldung unter www.thgeyer.de. Wir freuen uns auf Sie!

mehr...
Anzeige
Anzeige

Systembiologie

Erster Zellcomputer mit zwei Rechnerkernen

ETH-Forscher haben menschlichen Zellen zwei Rechenkerne eingebaut, die auf dem Crispr/Cas -System beruhen. Damit haben sie einen großen Schritt hin zu einem leistungsfähigen Zellcomputer gemacht, der in Diagnostik und Therapie zum Einsatz kommen...

mehr...
Anzeige
Anzeige

Highlight der Woche

Mikrobielles Arbeiten unter definierter Atmosphäre
Die A25 ist platzsparend, aber spart nicht an Funktionen! Die "kleine" Arbeitsstation verfügt über stulpenlose Handeingänge, einen Farb-Touchscreen und eine Schleuse, aber bietet dennoch strengste anaerobe Bedingungen.

Zum Highlight der Woche...
Anzeige
Anzeige

Highlight der Woche

NEU: LABO Kompass
HPLC Anwenderwissen im August 2019

Kompakte Orientierung in Ihrem Laboralltag. Richten Sie sich richtig aus! Anwenderwissen, Produkt- und Firmenpräsentationen, Anbieterverzeichnis, Trends, Termine uvm.

Zum Highlight der Woche...
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Newsletter bestellen

Immer auf dem Laufenden mit dem LABO Newsletter

Aktuelle Unternehmensnachrichten, Produktnews und Innovationen kostenfrei in Ihrer Mailbox.

AGB und Datenschutz gelesen und bestätigt.
Zur Startseite