Künstliche Proteine machen spezielles Rot sichtbar

Forscher der Michigan State University haben die Struktur eines Proteins im menschlichen Auge so verändert, dass es eine Art von rotem Licht aufnehmen kann, die normalerweise nicht wahrgenommen werden kann. Das Farbsehen bei fast allen Tieren beruht auf spezialisierten Chemikalien, sogenannten Chromophoren, die sich im Inneren von Proteinen befinden und verschiedene Wellenlängen von Licht aufnehmen. Man geht davon aus, dass die spezifische Proteinstruktur das Absorptionsspektrum der Chromophoren im Inneren bestimmt.

Welt in neuem Licht

Das Team um Babak Borhan wollte die chemischen Vorgänge hinter dem Farbsehen erforschen. Es erzeugte Mutationen, die die Strukturen der Chromophoren enthaltenden Proteine beim Menschen veränderten. Diese strukturellen Veränderungen modifizierten die elektrostatischen Eigenschaften innerhalb des Proteins, die ihrerseits wieder das Absorptionsspektrum der Chromophoren veränderten. Insgesamt wurden elf künstliche Proteinstrukturen geschaffen und mit Hilfe der Spektrofotometrie untersucht, welche Wellenlängen sie aufnehmen konnten.

Die Chromophoren innerhalb eines bestimmten Proteins konnten rotes Licht mit einer Wellenlänge von rund 644 Nanometer erkennen. Dieser Wert liegt sehr nahe beim Infrarotlicht, das bei rund 750 Nanometer beginnt. Dieses Forschungsergebnis war unerwartet, da natürliche Chromophoren bei rund 560 Nanometer an ihre Grenzen stoßen. Laut Borhan ist derzeit noch unbekannt, ob damit das obere Limit erreicht ist. Kämen diese Proteine im Auge vor, könnten Menschen laut Mitautor James Geiger ein rotes Licht sehen, das bis jetzt noch unsichtbar ist. Da Objekte aber eine Mischung aus Licht reflektieren, müsste die Welt dadurch nicht unbedingt immer mehr rot erscheinen.

Einsatz in der Medizin

Borhan hofft, dass die modifizierten Proteine bei Bildgebungstechnologien zum Einsatz kommen könnten. Um bestimmte Zellen zu markieren, nutzen Wissenschaftler derzeit grün leuchtende Proteine, die unter ultraviolettem Licht sichtbar werden. Ersetzt man diese Proteine mit jenen der aktuellen Studie, könnten längere Wellenlängen von Licht eingesetzt werden. Sie wären in der Lage tiefer in den Körper einzudringen und würden so einen besseren Einblick ermöglichen. Details der Studie wurden in Science http://sciencemag.org veröffentlicht.

Marco Garavelli von der Universita di Bologna http://unibo.it geht davon aus, dass in einer fernen Zukunft Mutationen denkbar werden könnten, die die Fähigkeiten, Farben über das natürliche Spektrum hinaus zu sehen, ausdehnen. Es sei jedoch noch nicht klar, wie diese künstlich hergestellten Proteine die Signalübermittlung im Gehirn beeinflussen.