ETH-Forschende steuern biologische Prozesse mit Licht

11. September 2020 14:11

Basel - Ein Team der ETH Zürich hat nachgewiesen, dass sich biologische Prozesse durch den Einsatz lichtempfindlicher Moleküle an- und abschalten lassen. Dafür müssen nicht wie bisher spezielle Gene in genetische Netzwerke eingebaut werden. Dieses wesentlich einfachere Verfahren dürfte für die Pharmaindustrie interessant sein.

Forschende der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) haben die biotechnologische Herstellung von Substanzen erheblich vereinfacht: Sie fanden heraus, dass sie lichtempfindliche Moleküle nutzen können, um genetische Netzwerke gezielt ein- und auszuschalten. Bisher mussten Gene in Netzwerke eingebaut werden, die diese Funktion übernehmen. Laut einer Medienmitteilung reicht jetzt UVA-Licht aus, um die Aktivität so vollständig abzuschalten, als seien die lichtempfindlichen Moleküle aus dem System entfernt worden. 

Für ihre Zellkulturexperimente verwendeten die Forschenden das Antibiotikum Tetrazyklin (Tc) und seinen Abkömmling Anhydrotetrazyklin (aTc). Beide werden in der Biotechnologie und der Synthetischen Biologie häufig als Regulatoren eingesetzt. Das hat jedoch den entscheidenden Nachteil, dass beide Moleküle in der Kultur verbleiben, sie können nicht entfernt werden. Dadurch war es bisher nicht möglich, Vorgänge zu stoppen, die sie regulieren.

Dafür habe das ETH-Team um Mustafa Khammash vom Departement Biosysteme in Basel einen Trick entdeckt: Wenn UVA-Licht auf diese Chemikalien trifft, verlieren sie ihre Fähigkeit, die Genaktivität zu hemmen. Will man den Prozess wieder aktivieren, genügt es, der Zellkultur wieder eine bestimmte Menge des zuvor verwendeten Moleküls, hier Tc oder aTc, hinzuzugeben. Die zeitlichen Aspekte des Aktivierens und Inaktivierens könnten auf diese Weise sehr gut reguliert werden. „Solche Zyklen lassen sich mehrfach wiederholen, ohne dass die Zellen Schaden nehmen“, so Armin Baumschlager, Postdoktorand und Erstautor der entsprechenden Studie. Diese ist jetzt im Fachblatt „Nature Communications“ erschienen. 

„Die Verwendung von natürlicherweise lichtempfindlichen Molekülen wie aTc und Tc macht uns das Leben viel einfacher“, wird Baumschlager in der Mitteilung weiter zitiert. Dadurch könnten jetzt auch nicht spezialisierte Forschungsgruppen mit optogenetischen Netzwerken arbeiten. 

Nun planen die Forschenden Tests in Bioreaktoren mit wenigen Litern Volumen. Anwenden könne man diese Methode etwa für die Herstellung bestimmter therapeutisch nutzbarer Proteine wie Antikörper oder wertvolle Vitamine, heisst es weiter in der Mitteilung. „Für die Pharmaindustrie dürfte unser neues Verfahren interessant sein, da es viel einfacher in Handhabung und Entwicklung ist“, so Baumschlager. mm

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