Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gene unter Kontrolle

24.03.2010
Die Organellen der Fotosynthese - die Chloroplasten - besitzen eigene DNA, Boten-RNA und Ribosomen zur Bildung von Proteinen. Max-Planck-Wissenschaftler haben nun herausgefunden, wie sie die Bildung von Proteinen in den Chloroplasten regulieren können. Mit Hilfe so genannter Riboschalter können sie Gene in den Chloroplasten von Tabakpflanzen an- und abschalten. Solche Riboschalter könnten künftig dabei helfen, Pflanzen als Lieferanten für Medikamente oder Rohstoffe zu nutzen und die biologische Sicherheit gentechnisch veränderter Pflanzen zu verbessern.

Damit aus einem Gen ein Protein gebildet werden kann, muss die DNA zunächst in so genannte Boten-RNA umgeschrieben werden. Diese RNA-Moleküle sind die Bauanleitung, aus der die Proteinfabriken der Zelle, die Ribosomen, den Aufbau eines Proteins ableiten. Vor wenigen Jahren wurden in Bakterienzellen Abschnitte auf einigen Boten-RNAs entdeckt, an die Stoffwechselprodukte - so genannte Metabolite - binden können.


Tabakzellen im Fluoreszenzmikroskop: Das umgebende Zytoplasma der Pflanzenzellen ist hier mit einem gelb fluoreszierenden Protein sichtbar gemacht. Die normalerweise grün erscheinenden Chloroplasten leuchten im Fluoreszenzmikroskop rot. Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie, Potsdam

Dadurch ändert das RNA-Molekül seine räumliche Struktur und die Proteinproduktion kann auf diese Weise entweder an- oder abgeschaltet werden. Für die Bakterien sind diese als Riboschalter bezeichneten Abschnitte ein schneller und effizienter Weg, die Proteinsynthese zu kontrollieren. In Chloroplasten von Pflanzenzellen konnten allerdings bisher natürlicherweise keine Riboschalter nachgewiesen werden.

Max-Planck-Wissenschaftler aus Golm bei Potsdam haben nun erstmals Riboschalter so verändert und in das Erbgut von Chloroplasten eingebaut, dass sie die Bildung einzelner Chloroplasten-Proteine steuern können. Die Forscher schleusten ein Gen in die Chloroplasten-DNA ein und versahen es mit einem Riboschalter. Theophyllin, ein Inhaltsstoff der Teepflanze, diente dabei als "Schalter": Es kann sich an den Riboschalter auf der Boten-RNA anlagern und so dafür sorgen, dass die Chloroplasten-Ribosomen die RNA ablesen können. "Wenn wir die Tabakpflanzen mit Theophyllin besprühen, bilden die Chloroplasten das entsprechende Protein. Fehlt Theophyllin dagegen, unterbleibt die Proteinproduktion. Mit dem Theophyllin-Riboschalter können wir ein Gen also beliebig an- und abschalten und beobachten, welche Auswirkungen dies hat", erklärt Ralph Bock vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenpyhsiologie. Bislang war dies schwierig, denn das Chloroplasten-Erbgut enthält viele Gene, die für das Überleben unverzichtbar sind. Wird ein solches Gen dauerhaft abgeschaltet, stirbt die Zelle und kann nicht weiter untersucht werden.

Mit dem Theophyllin-Riboschalter lässt sich künftig jedoch nicht nur die Funktionsweise der Chloroplasten gezielter untersuchen. Auch in der Biotechnologie könnten Riboschalter in Zukunft eine wichtige Rolle spielen. Denn Chloroplasten eignen sich gut zur Produktion von Wirkstoffen. Denn jede Tabakzelle besitzt bis zu 100 Chlorplasten. Das Chloroplasten-Erbgut kommt daher in vielfacher Ausführung vor und kann dementsprechend mehr Protein bilden als die DNA im Zellkern. Die Potsdamer Wissenschaftler haben Tabakpflanzen beispielsweise genetisch so verändert, dass sie große Mengen eines Antibiotikums in ihren Blättern herstellen.

Proteine könnten also in genetisch veränderten Chloroplasten in viel größerer Menge hergestellt werden. In vielen Fällen schädigen diese Fremdproteine allerdings den Zellstoffwechsel oder die Fotosynthese, wenn die Zellen sie dauerhaft produzieren. Deshalb wachsen diese Pflanzen oft deformiert oder besonders langsam. Riboschalter könnten dies verhindern. Denn mit ihrer Hilfe können die entsprechenden Gene erst dann angeschaltet werden, wenn die Pflanze herangewachsen ist und die Ernte unmittelbar bevorsteht. Zudem haben Fremdgene in den Chloroplasten einen weiteren Vorteil: Sie werden fast ausschließlich durch die weibliche Eizelle vererbt. Fremdgene werden deshalb nur äußerst selten über die Pollen der Tabakpflanzen verbreitet.

Originalpublikation:
Inducible gene expression from the plastid genome by a synthetic riboswitch
Andreas Verhounig, Daniel Karcher, and Ralph Bock
PNAS, 22. März 2010, online vorab veröffentlicht (doi: 10.1073/pnas.0914423107)
Kontakt:
Prof. Dr. Ralph Bock
Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie, Potsdam
Tel.: +49 331 567-8700
E-Mail: rbock@mpimp-golm.mpg.de
Ursula Ross-Stitt, Pressereferentin
Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie, Potsdam
Tel.: +49 331 567-8310
E-Mail: Ross-Stitt@mpimp-golm.mpg.de

Dr. Harald Rösch | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpimp-golm.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Akute Myeloische Leukämie: Ulmer erforschen bisher unbekannten Mechanismus der Blutkrebsentstehung
26.04.2017 | Universität Ulm

nachricht Zusammenhang zwischen Immunsystem, Hirnstruktur und Gedächtnis entdeckt
26.04.2017 | Universität Basel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

200 Weltneuheiten beim Innovationstag Mittelstand in Berlin

26.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Wie digitale Technik die Patientenversorgung verändert

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Akute Myeloische Leukämie: Ulmer erforschen bisher unbekannten Mechanismus der Blutkrebsentstehung

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Naturkatastrophen kosten Winzer jährlich Milliarden

26.04.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Zusammenhang zwischen Immunsystem, Hirnstruktur und Gedächtnis entdeckt

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie