Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     Siemens  n-tv 
Datenbankrecherche:

Fachgebiet (optional):

 

Bionic bacteria may help fight disease and global warming

22.09.2011
Salk Institute researchers have built artificially enhanced bacteria capable of producing new kinds of synthetic chemicals

Anzeige

A strain of genetically enhanced bacteria developed by researchers at the Salk Institute for Biological Studies may pave the way for new synthetic drugs and new ways of manufacturing medicines and biofuels, according to a paper published September 18 in Nature Chemical Biology.


For the first time, the scientists were able to create bacteria capable of effectively incorporating "unnatural" amino acids - artificial additions to the 20 naturally occurring amino acids used as biological building blocks - into proteins at multiple sites. This ability may provide a powerful new tool for the study of biological processes and for engineering bacteria that produce new types of synthetic chemicals.

"This provides us with a lot more room to think about what we can do with protein synthesis," said Lei Wang, assistant professor in Salk's Chemical Biology and Proteomics Laboratory and holder of the Frederick B. Rentschler Developmental Chair. "It opens up new possibilities, from creating drugs that last longer in the blood stream to manufacturing chemicals in a more environmentally friendly manner."

In 2001, Wang and his colleagues were the first to create bacteria that incorporated unnatural amino acids (Uaas) into proteins, and, in 2007, they first used the technique in mammalian cells. They did this by creating an "expanded genetic code," overriding the genetic code of the cells and instructing them to use the artificial amino acids in the construction of proteins.

The addition of Uaas changes the chemical properties of proteins, promising new ways to use proteins in research, drug development and chemical manufacturing.

For instance, Wang and his colleagues have inserted Uaas that will glow under a microscope when exposed to certain colors of light. Because proteins serve as the basis for a wide range of cellular functions, the ability to visualize this machinery operating in live cells and in real time helps scientists decipher a wide range of biological mechanisms, including those involved in the development of disease and aging.

Genetically modified bacteria are already used for producing medicines, such as synthetic insulin, which has largely replaced the use of animal pancreases in the manufacture of drugs used by diabetics to regulate their blood sugar levels.

To date, such recombinant DNA technology has used only natural amino acids, which limits the possible functions of the resulting protein products. The ability to insert Uaas could dramatically expand the possible uses of such technology, but one major barrier has limited the use of Uaas: only a single Uaa at a time could be incorporated into a protein.

To insert the instructions for including a Uaa in a bacterium's genetic code, Wang and his colleagues exploited stop codons, special sequences of code in a protein's genetic blueprint. During protein production, stop codons tell the cellular machinery to stop adding amino acids to the sequence that forms backbone of the protein's structure.

In 2001, Wang and his colleagues modified the genetic sequence of the bacteria Escherichia coli to selectively include a stop codon and introduced engineered molecules inside the bacteria, which surgically insert a Uaa at the stop codon. This trained the bacteria to produce proteins with the Uaa incorporated in their backbone.

The problem was that another biological actor, a protein known as release factor 1 (RF1), would stop the production of a Uaa-containing protein too early. Although scientists could insert stop codons for Uaas at multiple places along genetic sequence, the release factor would cut the protein off at the first stop codon, preventing production of long proteins containing multiple Uaas.

"To really make use of this technology, you want to be able to engineer proteins that contain unnatural amino acids at multiple sites, and to produce them in high efficiency," Wang said. "It was really promising, but, until now, really impractical."

In their new paper, the Salk researchers and their collaborators at the University of California, San Diego described how they got around this limitation. Since RF1 hindered production of long Uaa-containing proteins, the scientists removed the gene that produces RF1. Then, because E. Coli dies when the RF1 gene is deleted, they altered production of an alternative actor, release factor 2 (RF2), so that it could rescue the engineered bacterium.

The result was a strain of bacteria capable of efficiently producing proteins containing Uaas at multiple places. These synthetic molecules hold promise for the development of drugs with biological functions far beyond what is possible with proteins that include only naturally occurring amino acids. They may also serve as the basis for manufacturing everything from industrial solvents to biofuels, possibly helping to address the economic and environmental concerns associated with petroleum-based manufacturing and transportation.

"This is the first time we've been able to produce a viable strain of bacteria capable of this," Wang said. "We still have a ways to go, but this makes the possibility of using unnatural amino acids in biological engineering far closer to being reality."

he research was funded by the Beckman Young Investigator Program, the California Institute for Regenerative Medicine, the March of Dimes Foundation, the Mary K. Chapman Foundation, the National Institutes of Health, the National Science Foundation, the Pioneer Fellowship, the Ray Thomas Edwards Foundation and the Searle Scholar Program.

Andy Hoang | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.salk.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mütterliche Antikörper behindern Impfschutz bei jungen Katzen
22.05.2012 | Paul-Ehrlich-Institut - Bundesinstitut für Impfstoffe und biomedizinische Arzneimittel

nachricht Der nukleare GAU ist wahrscheinlicher als gedacht
22.05.2012 | Max-Planck-Institut für Chemie

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: Meilenstein in der Nanopartikel-Forschung: Nanopartikel-Testhandbuch setzt Standards


Unter Federführung der Empa erscheint ein neues Standardwerk, das die europäische Forschung an Nanopartikeln vereinheitlichen soll.

Exakte Laborvorschriften zur Herstellung definierter Nanopartikel und zu deren Analytik stellen die Arbeiten auf diesem Gebiet auf eine neue Grundlage und machen sie erstmals vergleichbar. Herausgeber ist Harald Krug, Leiter des Empa-Departements «Materials meet Life».

Das neue Standardwerk soll Schluss machen mit dem «babylonischen Sprachgewirr», das derzeit noch in der Nanoforschung ...

Im Focus: Frühdiagnostik bei Rheuma: SPECT zeigt Knochenveränderungen schon im Frühstadium


Bei rheumatischen Erkrankungen erlauben moderne bildgebende Verfahren weit mehr als nur die Darstellung der knöchernen Gelenkstrukturen.

Mit funktionellen Untersuchungsmethoden wie der hochauflösenden Einzelphotonen-Emissions-Computertomographie (SPECT) können pathologische Knochenumbauvorgänge bereits sehr früh nachgewiesen werden, mitunter schon zu einem Zeitpunkt, zu dem selbst die MRT-Diagnostik noch unauffällig ist. Eine Studie der Universitätsradiologie Düsseldorf, die jetzt auf dem 93. Deutschen Röntgenkongress vorgestellt wurde.

In der Rheumatologie hat sich in den letzten ...

Im Focus: Rizinusöl wirkt über einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor


Wirkmechanismus eines der ältesten Arzneimittel der Menschheit aufgeklärt

Rizinusöl ist vor allem als effektives Abführmittel bekannt, wurde aber auch bereits in der Antike bei Schwangeren zur Förderung der Wehentätigkeit eingesetzt.

Erst jetzt ist es Wissenschaftlern vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung gelungen, die entscheidenden Details des Wirkmechanismus zu entschlüsseln. Verantwortlich ist demnach ein Rezeptor mit dem Namen EP3 auf ...

Im Focus: Gelenkige Schildkröte - Zwei neue Arten der Landschildkröte Kinixys in Afrika entdeckt


Pünktlich zum morgigen Weltschildkrötentag wird die Artenliste der Panzerträger um zwei Namen reicher.

Wissenschaftler des Senckenberg Forschungsinstitutes in Dresden haben gemeinsam mit einem internationalen Forscherteam zwei neue Arten der afrikanischen Gelenkschildkröte identifiziert. Die zugehörige Studie ist kürzlich im Fachjournal „Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research“ erschienen.

Gelenkschildkröten sind die Bewegungskünstler unter den landlebenden Schildkröten. Aufgrund eines Scharniers im Rückenpanzer können die in Afrika ...

Im Focus: Wichtige Rolle bei der Steuerung der postnatalen Neurogenese nachgewiesen


Eine Forschungsgruppe der Universität Ulm hat einen neuartigen molekularen Schalter im Gehirn identifiziert, der eine wichtige Rolle bei der Steuerung der postnatalen Neurogenese im Gyrus dentatus spielt, der Unterregion im Hippocampus, in der lebenslang Nervenzellen aus neuralen Stammzellen gebildet werden.

„Unsere Untersuchungen beschreiben erstmals einen neuen und letztlich unerwarteten Signalweg bei der Regulation der Neurogenese im Hippocampus“, sagt Professor Stefan Britsch, Direktor des Instituts für Molekulare und Zelluläre Anatomie, der die Arbeit dieser Tage gemeinsam mit Dr. Ruth Simon im international renommierten Fachblatt EMBO-Journal veröffentlicht. An dem von der Deutschen ...

Alle Focus-News des innovations-reports >>>

Anzeige

B2B Suche
Produkt / Dienstleistung
Firma / Organisation

Anzeige

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

Mütterliche Antikörper behindern Impfschutz bei jungen Katzen

22.05.2012 | Biowissenschaften Chemie

Researchers Improve Fast-Moving Mobile Networks

22.05.2012 | Kommunikation Medien

New microscope uses rainbow of light to image the flow of individual blood cells

22.05.2012 | Medizintechnik

VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Veranstaltungen

Bericht zum Lachsmanagement: Die BLE auf der NASCO-Jahrestagung

22.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Plagiate und wissenschaftliches Fehlverhalten

22.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Der IdeenPark weckt Begeisterung für Technik

22.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

FindAndHelp