Bakterien verursachen nicht nur Krankheiten, sie werden auch breit eingesetzt in der Biotechnologie, unter anderem zur Produktion von Proteinen. Doch auch in der Diagnose oder sogar Behandlung von Krankheiten finden sie immer mehr Beachtung. In der Zukunft könnten sie sogar an bestimmte Stellen des Körpers geschleust werden zur Behandlung und gezielt Wirkstoffe freisetzen oder Proteine produzieren. Für dieses Szenario bietet sich Rotlicht an, da es den Körper durchdringen und somit Bakterien für einen solchen Einsatz aktivieren könnte. Hierfür müssen jedoch zunächst die grundlegenden molekularen Antworten der Bakterien auf äußere Reize entschlüsselt werden, worum sich die aktuelle Forschung der Universität Bayreuth dreht.
Veränderte Genaktivität
Um sich stetig an sich ändernde äußere Signale anzupassen – wie ph-Wert, Licht oder Temperaturen – nutzen Bakterien meist ein Zweikomponentensystem in Form eines lichtempfindlichen Enzyms und eines Regulators. Z.B. spaltet ein Enzym bei Licht eine Phosphatgruppe vom Regulator ab, bei Dunkelheit wird wieder etwas angefügt. Der Regulator wiederum löst dann andere molekulare Prozesse aus, unter anderem die Veränderung der Genaktivität.
Das Forschungsteam in Bayreuth hat diesen Prozess modifiziert und damit belegt, dass bakterielle Systeme gezielt auf externe Reize umprogrammiert werden können. Im Modellsystem wurde eine lichtempfindliche Einheit des Zweikomponentensystems gegen eine andere ausgetauscht. Es wurde dadurch zehnmal empfindlicher gegenüber Rotlicht als es vorher der Fall war. Der Grund hierfür liegt in den Phosphatgruppen. Das modifizierte System spaltete die Phospatgruppen schneller ab als das ursprüngliche. So reichen bereits geringe Mengen Rotlicht aus, um die Aktivität im System zu stoppen.
Relevanz für die Biotechnologie
Eine weitere Erkenntnis erlangten sie durch die Länge sogenannter Linker, die Verbindung zwischen dem Enzym und der lichtempfindlichen Einheit. Modifizierte Linker können teilweise eine gegensätzliche Antwort hervorrufen als die „originalen“. Laut den Forschenden bieten diese Erkenntnisse neue Tools für die synthetische Biologie und Biotechnologie. Die Produktion beliebiger Systeme in der Biotechnologie kann so mithilfe von Rotlicht aktiviert werden.
Quelle: idw
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