Synthetische Biologie: Gentechnisch verbesserte Bakterien spüren Umweltgifte auf
US-amerikanische Forscher haben das im Darm lebende Allerweltsbakterium Escherichia coli gentechnisch mit der Fähigkeit ausgerüstet, Appetit auf das Herbizid Atrazin zu entwickeln: Der veränderte Keim kann größere Mengen des Umweltgiftes nun wahrnehmen und ansteuern, um sie schließlich abzubauen. Mit ähnlichen, weiter perfektionierten Bakterienmodellen könnten in Zukunft vielleicht Umweltgifte aus der Natur entfernt werden, hoffen Justin Gallivan von der Emory University in Atlanta und seine Kollegen.
Die Wissenschaftler hatten zunächst dafür Sorge tragen müssen, dass der normalerweise im Darm heimische E. coli-Keim sich für das Pflanzenschutzmittel interessiert. Die Forscher suchten daher nach speziellen RNA-Rezeptoren, die an Atrazin binden. Derartige Typen von Rezeptoren – so genannte Riboswitches – kommen als natürliche Umweltsensoren bei den Bakterien häufig vor: Sie erkennen dabei einerseits spezifisch kleine Moleküle, haben aber gleichzeitig auch direkte genregulatorische Funktionen. So kann zum Beispiel das Binden ihres Zielmoleküls die Struktur des RNA-Strangs verändern, wodurch die unter seiner Kontrolle stehende Produktion eines Proteins stoppt – was dann zum Beispiel dafür sorgt, dass die Keime sich Bereichen sammeln, in denen die Konzentration der wahrgenommenen Substanz hoch ist.
Gallivan und Kollegen entdeckten nun einen so arbeitenden Riboswitch, der an Atrazin bindet und die Produktion des für die Zellbewegung nötigen Proteins cheZ reguliert, und bauten ihn in E. coli ein. Dort startet er tatsächlich nach dem Binden von Atrazin die biochemischen Orientierungsroutinen, die dazu führen, dass das Bakterium sich in Richtung der höchsten Atrazinkonzentration bewegt. Abschließend bauten die Forscher ihrem Versuchskeim dann noch Gene ein, mit denen er Atrazinmoleküle abbauen kann. Am Ende bewährte sich der Keim zumindest in Kulturschalen: Er spürte hier tatsächlich Atrazin auf und baute es zu Hydroatrazid um – einer nicht herbizid wirkenden Molekülvariante, die stärker im Boden bindet und daher als weniger umweltschädlich gilt.
Die Forscher hatten als Ziel ihrer Modellversuche Atrazin gewählt, weil das Herbizid noch immer eines der weltweit am häufigsten verwendeten Umweltgifte ist, obwohl es nachweislich Wasserorganismen schädigen kann. Obwohl das Mittel in der Europäischen Union seit 1990 verboten ist, lassen sich in Deutschland in manchen Gewässern noch grenzwertüberschreitende Mengen nachweisen: Die Substanz baut sich sehr langsam ab. In den USA wird sie vor allem zum Schutz von Mais- und Hirsefeldern weiter verwendet. (jo)
Die Wissenschaftler hatten zunächst dafür Sorge tragen müssen, dass der normalerweise im Darm heimische E. coli-Keim sich für das Pflanzenschutzmittel interessiert. Die Forscher suchten daher nach speziellen RNA-Rezeptoren, die an Atrazin binden. Derartige Typen von Rezeptoren – so genannte Riboswitches – kommen als natürliche Umweltsensoren bei den Bakterien häufig vor: Sie erkennen dabei einerseits spezifisch kleine Moleküle, haben aber gleichzeitig auch direkte genregulatorische Funktionen. So kann zum Beispiel das Binden ihres Zielmoleküls die Struktur des RNA-Strangs verändern, wodurch die unter seiner Kontrolle stehende Produktion eines Proteins stoppt – was dann zum Beispiel dafür sorgt, dass die Keime sich Bereichen sammeln, in denen die Konzentration der wahrgenommenen Substanz hoch ist.
Gallivan und Kollegen entdeckten nun einen so arbeitenden Riboswitch, der an Atrazin bindet und die Produktion des für die Zellbewegung nötigen Proteins cheZ reguliert, und bauten ihn in E. coli ein. Dort startet er tatsächlich nach dem Binden von Atrazin die biochemischen Orientierungsroutinen, die dazu führen, dass das Bakterium sich in Richtung der höchsten Atrazinkonzentration bewegt. Abschließend bauten die Forscher ihrem Versuchskeim dann noch Gene ein, mit denen er Atrazinmoleküle abbauen kann. Am Ende bewährte sich der Keim zumindest in Kulturschalen: Er spürte hier tatsächlich Atrazin auf und baute es zu Hydroatrazid um – einer nicht herbizid wirkenden Molekülvariante, die stärker im Boden bindet und daher als weniger umweltschädlich gilt.
Die Forscher hatten als Ziel ihrer Modellversuche Atrazin gewählt, weil das Herbizid noch immer eines der weltweit am häufigsten verwendeten Umweltgifte ist, obwohl es nachweislich Wasserorganismen schädigen kann. Obwohl das Mittel in der Europäischen Union seit 1990 verboten ist, lassen sich in Deutschland in manchen Gewässern noch grenzwertüberschreitende Mengen nachweisen: Die Substanz baut sich sehr langsam ab. In den USA wird sie vor allem zum Schutz von Mais- und Hirsefeldern weiter verwendet. (jo)
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