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 Designte Proteine gegen Muskelschwund
29.06.2017 | Universität Basel

nachricht Benzin und Chemikalien aus Pflanzenresten
29.06.2017 | Paul Scherrer Institut (PSI)

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: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Designte Proteine gegen Muskelschwund

29.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Benzin und Chemikalien aus Pflanzenresten

29.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Hochleitfähige Folien ermöglichen großflächige OLED-Beleuchtung

29.06.2017 | Energie und Elektrotechnik