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Forschung & Entwicklung Gen-Steuerung durch Licht

Wirkstoffe mittels Licht zu erzeugen, ist das Ziel eines Forschungskonsortiums, das in den nächsten drei Jahren mit 1,5 Millionen Euro vom Bundesforschungsministerium gefördert wird.

Bioaktive Substanzen lassen sich mit Hefezellen  herstellen. Um die Produktion zu verbessern, sollen zelluläre Prozesse mittels Lichtsignalen gesteuert werden. 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 Wissenschaftler der Universität Marburg 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 Forscher die Bioproduktion des Hormons durch gezielt verabreichte Lichtsignale. Dabei werden die Zellkulturen zuerst auf eine Wachstums- und nachfolgend auf eine Produktionsphase eingestellt. Dies geschieht durch dafür eigens entwickelte optogenetische molekulare Module, die die jeweiligen Enzymreaktionen mittels Steuerung der betreffenden Genexpression sowohl an- als auch abschalten können.

Die grundlegenden optogenetischen Werkzeuge und alle weiteren dazu eingesetzten 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, lichtkontrollierte Protein-Degradationsmodule“, erläutert Lars-Oliver Essen vom LOEWE-Zentrum für Synthetische Mikrobiologie an der Universität Marburg– ein Beispiel: Um die Zellkulturen von einer Wachstums- auf eine Produktionsphase umzustellen, erstellte die Forschungsgruppe eigens molekulare Bauteile, die Enzyme an- und abschalten können.

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