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Lichtgesteuerte Zellorganisation

Im Fokus steht die Organisation von sogenannten Kompartimenten mittels Licht und welche Rückschlüsse sich daraus auf die Entwicklung neuer biologischer Materialien ziehen lassen.

Eine neue Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Polymerforschung innerhalb des MaxSynBio-Projekts kombiniert in ihrer Arbeit zwei Disziplinen: Synthetische Biologie und Optogenetik. In der Synthetischen Biologie soll biologische Materie nicht nur gesteuert, sondern auch neu konstruiert werden.  Anhand eines Bottom-up-Ansatzes wird die dynamische, aber dennoch regulierte Organisation von Zellen, wie sie in der Natur vorhanden ist, mit synthetischen zellenartigen Kompartimenten reproduziert. Hierfür werden Pflanzenproteine, die auf sichtbares Licht reagieren, eingesetzt. Deshalb finden sie in der Optogenetik eine weit verbreitete Anwendung. Sie erzielt eine schnelle Steuerung von genau definierten Ereignissen mit Licht in biologischen Systemen, wobei die lichtgesteuerten Reaktionen keinen Einfluss auf die regulären biochemischen Prozesse haben.

Ein weiterer Schwerpunkt der Gruppe besteht darin, Zellkontakte mit Licht zu steuern. In Vielzellern interagieren die einzelnen Zellen sowohl mit ihren Nachbarn als auch mit der extrazellulären Matrix (EZM), um Zell-Zell und Zell-Matrix-Kontakte zu bilden. Die einzelne Zelle verarbeitet zuerst alle Signale und reagiert dementsprechend auf ihre Umgebung, was zu einer Adhäsion, Migration, Proliferation oder sogar zu einer Selbstzerstörung führen kann. Angestrebt wird die photochemische Steuerung von Zell-Matrix- und Zell-Zell-Wechselwirkungen mit lichtempfindlichen Molekülen. Nicht nur interzelluläre Prozesse, wie kollektive Zellmigration und Differenzierung, sondern auch intrazelluläre Prozesse, zum Beispiel lokale Zell-Zell-Kontakte, erforschen die Wissenschaftler rund um Dr. Seraphine Wegner.

Ziel ist es, die Ergebnisse für die Entwicklung von neuen biologischen Materialien anzuwenden. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert die Arbeitsgruppe mit einer Summe von 1 400 000 Euro innerhalb der nächsten fünf Jahre.

www.mpip-mainz.mpg.de

www.maxsynbio.mpg.de

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