Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kombinierbar wie Legosteine – Forscher entwickeln Gen-Baukasten für Grünalgen

05.10.2018

Im Erbgut der Zellen geht es ähnlich zu wie in Fabriken: Gene steuern und regulieren die Protein-Produktion. In der Industrie ist dabei oft ein Baukasten-Prinzip sinnvoll, bei dem sich Fertigungsstraßen austauschen lassen, wenn ein anderes Produkt hergestellt werden soll. Auch Forscher arbeiten daran, Gen-Bausteine wie Legosteine unterschiedlich zu kombinieren. Einen solchen Bausatz mit 119 Gen-Funktionseinheiten für eine Grünalge hat nun ein internationales Forscherteam mit Kaiserslauterer Biologen erstellt. So lassen sich aus den Algen Minifabriken bauen, die etwa Farbpigmente oder medizinische Wirkstoffe herstellen. Die Studie ist in der Fachzeitschrift „ACS Synthetic Biology“ erschienen.

Legosteine gibt es in vielen verschiedenen Größen, Farben und Formen. Sie lassen sich beliebig zusammensetzen. Ähnlich wie bei diesen kleinen Bausteinen möchten Forscher auch Teile von Genen kombinieren.


Die Grafik zeigt, wie der Baukasten funktioniert. Die einzelnen Gen-Bausteine lassen sich wie Legos kombinieren.

Foto: Schroda


Ein internationales Forscherteam um Juniorprofessor Dr. Felix Willmund (links) und Professor Dr. Michael Schroda haben einen Gen-Baukasten für die Grünalge entwickelt.

Foto: Koziel/TUK

Ein Gen besteht aus verschiedenen Funktionseinheiten. So gibt es am Anfang einer Gensequenz zum Beispiel den sogenannten Promotor. „Er steuert die Aktivität des Gens und sorgt dafür, dass nur eine bestimmte Menge an Protein gebildet wird oder dass das Gen nur eine bestimmte Zeit abgelesen wird“, sagt Professor Dr. Michael Schroda, der an der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) den Lehrstuhl für „Molekulare Biotechnologie und Systembiologie“ innehat.

Das Team um Schroda arbeitet daran, Gene in diese einzelnen Einheiten zu zerlegen. Neben dem Promotor gibt es noch einen Lesebereich mit der genetischen Information, der sich in viele funktionelle Blöcke unterteilen lässt:

Zum Beispiel solche, die ein Protein in bestimmte Bereiche in der Zelle dirigieren, es zum Leuchten bringen oder mit denen es sich einfach aus Zellextrakten herausziehen lässt. Auch gibt es einen Stopp-Bereich, in dem das Ablesen der genetischen Information endet. „Unser Ziel ist es, solche Einheiten von verschiedenen Genen beliebig zu kombinieren“, sagt der Professor weiter.

In seiner aktuellen Studie ist es dem internationalen Forscherteam, darunter die Arbeitsgruppen von Schroda und seinem Kaiserslauterer Kollegen Juniorprofessor Dr. Felix Willmund, nun gelungen, einen Bausatz aus 119 genetischen Funktionseinheiten für die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii herzustellen. Ähnlich wie Legosteine lassen sich diese genetischen Bausteine einfach zusammensetzen. „Das ist möglich, weil diese Bausteine genormt sind. Sie besitzen immer definierte Sequenzen an ihren Enden, sodass sie in einer bestimmten Reihenfolge zusammengebaut werden können“, erläutert der Kaiserslauterer Biologe.

Das Besondere an der Studie: Bei der Alge handelt es sich um einen höheren Organismus – einen Eukaryonten wie es im Fachjargon heißt. Bislang gab es solche Baukästen eher für niedere Organismen wie Bakterien. „Die Grünalge ist viel komplexer und besitzt zum Beispiel mehr Gene“, sagt Juniorprofessor Willmund, der zur Eukaryontengenetik forscht. „Genauso wie Bakterien vermehrt sie sich aber sehr schnell, was sie auch für eine industrielle Produktion interessant macht.“

Die Grünalgen könnten zum Beispiel als Mikrofabriken zum Einsatz kommen. „Mithilfe des Gen-Bausatzes kann man in relativ kurzer Zeit verschiedene Proteine herstellen, das geht beispielsweise von Farbpigmenten bis hin zu Wirkstoffen, die in der Medizin Verwendung finden“, sagt Willmund. Aber auch für die Grundlagenforschung ist die Methode interessant. „Damit können wir Stoffwechselwege einfach umbauen und genauer untersuchen“, nennt Schroda als Beispiel.

Schroda forscht auf dem Gebiet der Synthetischen Biologie. Bei diesem noch relativ jungen Forschungsgebiet geht es unter anderem darum, neue biologische Systeme zu erzeugen und Kenntnisse aus den Ingenieurwissenschaften auf molekulare Prozesse zu übertragen.
Dabei werden auch Standards und Normen festgelegt, wie dies etwa bei den Enden der Gen-Bausteine der Fall ist. Dadurch sind diese als Module einfach in der Handhabung und beliebig kombinierbar.

Die Arbeiten fanden im Sonderforschungsbereich (SFB Transregio TRR175) „The Green Hub – Der Chloroplast als Zentrum der Akklimatisierung bei Pflanzen“ statt. Er wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft seit 2016 gefördert. Hierbei gehen Forscherteams aus Berlin, Potsdam-Golm, München und Kaiserslautern der Frage nach, wie Pflanzen es schaffen, sich ändernden Umweltbedingungen anzupassen.

An der Studie waren neben den Kaiserslauterer Forschern auch Kollegen aus Frankreich, England, Dänemark, Spanien und Bielefeld beteiligt. Die Arbeit ist in der renommierten Fachzeitschrift „ACS Synthetic Biology“ erschienen: „Birth of a photosynthetic chassis: MoClo toolkit enabling synthetic biology in the microalga Chlamydomonas reinhardtii“
DOI: 10.1021/acssynbio.8b00251

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Michael Schroda
Lehrgebiet Molekulare Biotechnologie und Systembiologie
Tel.: 0631 205-2697
E-Mail: schroda(at)biologie.uni-kl.de

Juniorprofessor Dr. Felix Willmund
Lehrgebiet Eukaryontengenetik
Tel.: 0631 205-3254
E-Mail: willmund(at)rhrk.uni-kl.de

Originalpublikation:

ACS Synthetic Biology: Birth of a photosynthetic chassis: MoClo toolkit enabling synthetic biology in the microalga Chlamydomonas reinhardtii
DOI: 10.1021/acssynbio.8b00251

Melanie Löw | Technische Universität Kaiserslautern

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Human-Antikörper statt Pferdeseren für die Behandlung von Diphtherie
21.01.2020 | Technische Universität Braunschweig

nachricht Hepatitis-B-Viren: Leberzellen nicht wehrlos
21.01.2020 | Universität Duisburg-Essen

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: A new look at 'strange metals'

For years, a new synthesis method has been developed at TU Wien (Vienna) to unlock the secrets of "strange metals". Now a breakthrough has been achieved. The results have been published in "Science".

Superconductors allow electrical current to flow without any resistance - but only below a certain critical temperature. Many materials have to be cooled down...

Im Focus: DKMS-Studie zum Erfolg von Stammzelltransplantationen

Den möglichen Einfluss von Killerzell-Immunoglobulin-ähnlichen Rezeptoren (KIR) auf den Erfolg von Stammzelltransplantationen hat jetzt ein interdisziplinäres Forscherteam der DKMS untersucht. Das Ergebnis: Bei 2222 Patient-Spender-Paaren mit bestimmten KIR-HLA-Kombinationen konnten die Wissenschaftler keine signifikanten Auswirkungen feststellen. Jetzt wollen die Forscher weitere KIR-HLA-Kombinationen in den Blick nehmen – denn dieser Forschungsansatz könnte künftig Leben retten.

Die DKMS ist bekannt als Stammzellspenderdatei, die zum Ziel hat, Blutkrebspatienten eine zweite Chance auf Leben zu ermöglichen. Auch auf der...

Im Focus: Gendefekt bei Zellbaustein Aktin sorgt für massive Entwicklungsstörungen

Europäische Union fördert Forschungsprojekt „PredActin“ mit 1,2 Millionen Euro

Aktin ist ein wichtiges Strukturprotein in unserem Körper. Als Hauptbestandteil des Zellgerüstes sorgt es etwa dafür, dass unsere Zellen eine stabile Form...

Im Focus: Programmable nests for cells

KIT researchers develop novel composites of DNA, silica particles, and carbon nanotubes -- Properties can be tailored to various applications

Using DNA, smallest silica particles, and carbon nanotubes, researchers of Karlsruhe Institute of Technology (KIT) developed novel programmable materials....

Im Focus: Miniatur-Doppelverglasung: Wärmeisolierendes und gleichzeitig wärmeleitendes Material entwickelt

Styropor oder Kupfer – beide Materialien weisen stark unterschiedliche Eigenschaften auf, was ihre Fähigkeit betrifft, Wärme zu leiten. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz und der Universität Bayreuth haben nun gemeinsam ein neuartiges, extrem dünnes und transparentes Material entwickelt und charakterisiert, welches richtungsabhängig unterschiedliche Wärmeleiteigenschaften aufweist. Während es in einer Richtung extrem gut Wärme leiten kann, zeigt es in der anderen Richtung gute Wärmeisolation.

Wärmeisolation und Wärmeleitung spielen in unserem Alltag eine entscheidende Rolle – angefangen von Computerprozessoren, bei denen es wichtig ist, Wärme...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

KIT im Rathaus: Städte und Wetterextreme

21.01.2020 | Veranstaltungen

11. Tagung Kraftwerk Batterie - Advanced Battery Power Conference am 24-25. März 2020 in Münster/Germany

16.01.2020 | Veranstaltungen

Leben auf dem Mars: Woher kommt das Methan?

16.01.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Human-Antikörper statt Pferdeseren für die Behandlung von Diphtherie

21.01.2020 | Biowissenschaften Chemie

Mit Mixed Reality Maschinen überwachen

21.01.2020 | Informationstechnologie

Hydraulische Hubtisch – Plattformwaage PCE-HLTS 500 mit individueller Arbeitshöhe

21.01.2020 | Maschinenbau

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics