Fluoreszierende Proteine erhellen neue Bereiche in der Biotechnologie

Jülicher Forscher haben eine neue Gruppe von fluoreszierenden Proteinen entwickelt, die keinen Sauerstoff benötigen, um zu leuchten. Damit lassen sich nun auch viele biotechnologisch wichtige Bakterien untersuchen, die nur unter sauerstofffreien Bedingungen leben. Das berichten die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Nature Biotechnology.

Die neuen Leucht-Proteine können als sogenannte Reporter-Proteine eingesetzt werden, die von großer Bedeutung für die biotechnologische und medizinische Forschung sind: sie können dazu verwendet werden, nun auch komplexe biologische Vorgänge in lebenden Zellen, Geweben oder Organismen in Abwesenheit von Sauerstoff direkt sichtbar zu machen.

Dies ist von besonderer Bedeutung, da die bislang eingesetzten Reporter-Proteine wie das weit verbreitete „Grün Fluoreszierende Protein“ aus einer Qualle einen entscheidenden Nachteil aufweisen: Sie benötigen Sauerstoff, um zu fluoreszieren. Viele wichtige mikrobiologische Prozesse finden jedoch nur in Abwesenheit von Sauerstoff statt.

„Wir konnten eine völlig neue Gruppe von fluoreszierenden Reporter-Proteinen entwickeln, die sowohl mit als auch ohne Sauerstoff leuchten“, erklärt Prof. Karl-Erich Jaeger vom Institut für Molekulare Enzymtechnologie (IMET) der Heinrich-Heine Universität Düsseldorf am Forschungszentrum Jülich. „Die photochemischen Eigenschaften unserer Proteine haben wir in Kooperation mit unseren Kollegen vom Max-Planck-Institut in Mülheim an der Ruhr und der Universität Padua in Italien charakterisiert“, so Jaeger. „Durch gentechnische Verfahren konnten wir zudem die Leuchtkraft unserer neuen Reporter-Proteine drastisch erhöhen“ erläutert Dr. Thomas Drepper, Leiter der Arbeitsgruppe „Biotechnologie mit photosynthetischen Bakterien“ am IMET.

Die neuen Fluoreszenzreporter werden in Zukunft dabei helfen, neue biotechnologische und biomedizinische Prozesse zu verstehen und zu entwickeln, an denen anaerobe Bakterien beteiligt sind. Solche Mikroorganismen, die ausschließlich in Abwesenheit von Sauerstoff leben, sind freilebend oder in komplexen bakteriellen Lebensgemeinschaften, den sogenannten Biofilmen, anzutreffen. Sie spielen eine zentrale Rolle bei so unterschiedlichen Vorgängen wie der Abwasserreinigung in biologischen Kläranlagen, bei biotechnologischen Fermentationsprozessen oder bei der Entstehung und Ausbreitung von Infektionskrankheiten. Einige Vertreter dieser Bakteriengruppe werden neuerdings erforscht, um mit ihnen neue Anti-Krebs-Therapien zu etablieren. Auch hier können die Jülicher Fluoreszenzproteine helfen, noch offene Fragen zu beantworten.