Designerzellen: Künstliches Enzym kann Genschalter betätigen
Künstliches Metalloenzym dringt in eine Säugerzelle ein; beschleunigt die Freisetzung eines Hormons. Dieses aktiviert einen Genschalter; fluoreszierenden Indikatorproteins wird produziert. Universität Basel, Yasunori Okamoto
Die Natur ist auf Enzyme angewiesen, um energetisch aufwändige biochemische Reaktionen zu beschleunigen, die für den Erhalt des Lebens notwendig sind.
Natürliche Enzyme eignen sich jedoch nicht gleichermassen für sämtliche Reaktionstypen. Im Gegensatz dazu sind künstlich hergestellte Katalysatoren vielseitiger, denn sie können viel mehr chemische Syntheseprozesse optimieren.
Entsprechend vielversprechend ist es, künstliche Katalysatoren in lebende Zellen und Organe einzubringen, um so Zellfunktionen auf genetischer Ebene zu verändern oder ein Medikament aus einer harmlosen Vorläufersubstanz gleich in der Zelle herstellen zu lassen.
Doch funktionieren solche Katalysatoren oft nur unter streng kontrollierten Bedingungen, die im Umfeld lebender Zellen kaum möglich sind.
Kaskade künstlicher Komponenten
Um diese Einschränkung zu überwinden, haben Forschende der Universitäten Basel (Prof. Thomas Ward) und Genf (Prof. Stefan Matile) sowie der ETH Zürich (Prof. Martin Fussenegger) einen kleinmolekularen Katalysator entwickelt, der einen Genschalter steuern kann. Wird dieser Schalter betätigt, löst das die gewünschte Zellfunktion aus.
Für die vorliegende Studie stellten die Forscher ein sogenanntes Metalloenzym her – ein biokompatibles Protein, in das ein katalytisch aktives Metallfragment (in diesem Fall aus Ruthenium) eingebaut ist. Dabei ist es erstmals gelungen, ein künstliches Metalloenzym zu entwickeln, das in der Lage ist, in eine Säugerzelle einzudringen.
In der Zelle angekommen, entfaltete das Metalloenzym – gleich einem Trojanischen Pferd – seine katalytische Funktion und beschleunigte die Produktion eines bestimmten Schilddrüsenhormons. Dieses Hormon betätigte anschliessend einen synthetischen Genschalter, der wiederum zur Herstellung eines leuchtenden Proteins namens Luciferase geführt hat.
Neuartige Chemie in lebenden Organismen
Die in «Nature Communications» erschienene Studie belegt die Machbarkeit eines innovativen Ansatzes, der auf die Entwicklung von Zellfunktionen abzielt und traditionelle biochemische Prozesse zu ergänzen vermag. Die Arbeit zeigt beispielhaft, welche Möglichkeiten die Verbindung von synthetischer Biologie und metallorganischer Chemie für die Steuerung von Zellfunktionen in lebenden Organismen eröffnet.
Originalbeitrag
Yasunori Okamoto, Ryosuke Kojima, Fabian Schwizer, Eline Bartolami, Tillmann Heinisch, Stefan Matile, Martin Fussenegger & Thomas R. Ward
A cell-penetrating artificial metalloenzyme regulates a gene switch in a designer mammalian cell
Nature Communications (2018), doi: 10.1038/s41467-018-04440-0
Weitere Auskünfte
Prof. Dr. Thomas R. Ward, Universität Basel, Departement Chemie, Tel. +41 61 267 10 04, E-Mail: thomas.ward@unibas.ch
https://www.unibas.ch/de/Aktuell/News/Uni-Research/Kuenstliches-Enzym-kann-Gensc…
Media Contact
Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie
Der innovations-report bietet im Bereich der "Life Sciences" Berichte und Artikel über Anwendungen und wissenschaftliche Erkenntnisse der modernen Biologie, der Chemie und der Humanmedizin.
Unter anderem finden Sie Wissenswertes aus den Teilbereichen: Bakteriologie, Biochemie, Bionik, Bioinformatik, Biophysik, Biotechnologie, Genetik, Geobotanik, Humanbiologie, Meeresbiologie, Mikrobiologie, Molekularbiologie, Zellbiologie, Zoologie, Bioanorganische Chemie, Mikrochemie und Umweltchemie.
Neueste Beiträge
Experiment öffnet Tür für Millionen von Qubits auf einem Chip
Forschenden der Universität Basel und des NCCR SPIN ist es erstmals gelungen, eine kontrollierbare Wechselwirkung zwischen zwei Lochspin-Qubits in einem herkömmlichen Silizium-Transistor zu realisieren. Diese Entwicklung eröffnet die Möglichkeit, Millionen…
Stofftrennung trifft auf Energiewende
Trennkolonnen dienen der Separation von unterschiedlichsten Stoffgemischen in der chemischen Industrie. Die steigende Nutzung erneuerbarer Energiequellen bringt nun jedoch neue Anforderungen für einen flexibleren Betrieb mit sich. Im Projekt ColTray…
Kreuzfahrtschiff als Datensammler
Helmholtz-Innovationsplattform und HX Hurtigruten Expeditions erproben neue Wege in der Ozeanbeobachtung. Wissenschaftliche Forschung nicht nur von speziellen Forschungsschiffen aus zu betreiben, sondern auch von nicht-wissenschaftlichen Schiffen und marinen Infrastrukturen –…
