Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Synthetische Biologie: Chemischer Schalter für Nano-Pumpe entwickelt

09.08.2016

Synthetische Biologie ist ein aufstrebendes und sich schnell entwickelndes Forschungsfeld im Ingenieurwesen. Berner Forscher haben innerhalb des Nationalen Forschungsschwerpunkts «Molecular Systems Engineering» einen chemischen Schalter in eine molekulare «Nanomaschine» eingebaut, die unter anderem synthetische Zellen mit Energie versorgen kann.

Synthetische Biologie ist ein stark interdisziplinäres Forschungsgebiet, das Biologie, Chemie und Physik mit Ingenieurwissenschaften verbindet. Ihr Ziel ist es, sogenannte molekulare Fabriken und synthetische Zellen mit neuen Eigenschaften und Funktionen zu entwickeln, die im Gesundheitswesen, in der Industrie oder in der biologischen und medizinischen Forschung eingesetzt werden sollen.


Im Nanocontainer links kann die Energie wegen eines «Protonenkurzschlusses» nicht genutzt werden – dies gelingt erst beim chemischen Ausschalten der falsch angeordneten Proteorhodopsine (rechts).

Dimitrios Fotiadis, Universität Bern

Solche künstlichen Systeme im Nanometerbereich werden zusammengesetzt, indem bereits existierende oder synthetische «Bausteine» – zum Beispiel Proteine – kombiniert werden. Die so entstandenen molekularen Systeme bieten zahlreiche Nutzungsmöglichkeiten – zum Beispiel für die Synthese von chemischen Verbindungen, den Abbau von Schadstoffen, der Energieversorgung oder die medizinische Diagnose und Behandlung.

In diesem Zusammenhang verbindet der Nationale Forschungsschwerpunkt (NFS) «Molecular Systems Engineering» (MSE; http://www.nccr-mse.ch) Schweizer Forschende aus verschiedenen Disziplinen, um gemeinsam Innovationen voranzutreiben und bestehende und künftige Herausforderungen anzugehen. Die Universität Bern ist durch die Gruppe von Prof. Dimitrios Fotiadis vom Institut für Biochemie und Molekulare Medizin vertreten.

Nanomaschinen für die Energieumwandlung

Energieliefernde Bausteine sind grundlegend, um molekulare Systeme anzutreiben. Lichtgetriebene sogenannte Protonenpumpen wie das Membranprotein Proteorhodopsin stellen dabei sehr geeignete Nanomaschinen für eine effiziente Energieumwandlung dar. Lichtenergie, wie etwa Sonnenenergie, ist leicht zugänglich und wird von Proteorhodopsin genutzt, um ein Konzentrationsgefälle an Protonen über Membranen, die zwei unterschiedliche Kompartimente voneinander trennen, aufzubauen. Dieses Gefälle – auch Protonengradient genannt – sorgt dafür, dass molekulare Bausteine, zum Beispiel protonengetriebene Transporter, in Gang gesetzt werden.

Den Kurzschluss ausgemerzt

Konventionelle Methoden, um Proteorhodopsin und Membranproteine im Allgemeinen in Nanocontainer aus Lipid oder Polymer einzubauen, führen zu einer symmetrischen Anordnung in den Membranen. Dies wiederum verursacht einen funktionellen Kurzschluss, der ein Gefälle von Protonen und somit eine Nutzung dieser Energieform verhindert.

Deshalb haben Forscher aus der Gruppe um Fotiadis, insbesondere Dr. Daniel Harder und Stephan Hirschi, zusammen mit Kollegen aus dem NFS MSE dieses Problem gelöst, indem sie einen chemischen Schalter für Proteorhodopsin entwickelt und es somit vielseitig einsetzbar gemacht haben. Dank diesem chemischen Schalter ist es nun möglich, falsch eingebaute Proteorhodopsin-Moleküle gezielt auszuschalten und eine asymmetrische Verteilung dieser Proteine in der Membran zu erreichen.

Diese modifizierte Version von Proteorhodopsin stellt die erste lichtgetriebene Protonenpumpe und den ersten energieliefernden Baustein dar, der chemisch an- und ausgeschaltet werden kann, je nach Bedarf des jeweiligen molekularen Systems. «Mögliche Anwendungen dieses vielseitigen, energieliefernden Bausteins in definierten molekularen Systemen könnte die licht- und solargetriebene Produktion von ATP (Adenosintriphosphat, der universelle Energieträger in Zellen) sein, sowie der bionanotechnologische Abbau von Schadstoffen – beispielsweise Antibiotika – im Wasser», sagt Fotiadis. Die Ergebnisse der Studie wurden nun im Journal «Angewandte Chemie International Edition» publiziert.

Angaben zur Publikation:

Daniel Harder, Stephan Hirschi, Zöhre Ucurum, Roland Goers, Wolfgang Meier, Daniel J. Müller and Dimitrios Fotiadis: Engineering a Chemical Switch into the Light-driven Proton Pump Proteorhodopsin by Cysteine Mutagenesis and Thiol Modification. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2016; 55(31): 8846-8849.

Weitere Informationen:

http://www.unibe.ch/aktuell/medien/media_relations/medienmitteilungen/2016/index...

Nathalie Matter | Universität Bern

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Geteiltes Denken ist doppeltes Denken
19.01.2017 | Hertie-Institut für klinische Hirnforschung (HIH)

nachricht Neue CRISPR-Methode enthüllt Genregulation einzelner Zellen
19.01.2017 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

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: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Im Focus: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Flashmob der Moleküle

19.01.2017 | Physik Astronomie

Tollwutviren zeigen Verschaltungen im gläsernen Gehirn

19.01.2017 | Medizin Gesundheit

Fraunhofer-Institute entwickeln zerstörungsfreie Qualitätsprüfung für Hybridgussbauteile

19.01.2017 | Verfahrenstechnologie