Nanotech aus kranken Bohnen

News: Nanotech aus kranken Bohnen

Landwirten dürfte das Cowpea-Mosaikvirus wenig Freude bereiten. Benannt ist das Pflanzenvirus, das Hülsenfrüchte befällt, nach einem seiner Opfer, der Futterbohne. Ganz angetan von diesem Virus sind dagegen einige Chemiker und Molekularbiologen. Sie lassen die winzigen Gebilde aber nicht auf Pflanzen los, sondern nutzen die Viren als chemisch programmierbare, biotechnologische Nanobausteine.

Die Nanobiotechnologie verfolgt das Ziel, winzigste Komponenten zu konstruieren für Anwendungen vom Mikrocomputer bis hin zu kompletten, mikroskopisch kleinen Robotern. Dafür benötigt sie Bausteine in der Größenordnung einiger Nanometer. Solche Strukturen sind auch schon vorhanden: in Form von Viruspartikeln mit einem Durchmesser von 30 Nanometern. Sie können beispielsweise in großen Mengen aus den mit dem Cowpea-Mosaikvirus infizierten Blättern von Hülsenfrüchten gewonnen werden.

60 identische Proteinbausteine bilden hierbei die Virenhülle, ein ikosaedrisches Gebilde. Bei Versuchen mit Fluoreszenzfarbstoffen stellten die Forscher um Qian Wang vom Scripps Research Institute in La Jolla nun fest, dass jede der 60 Proteineinheiten einen chemischen Haken besitzt, an dem genau ein Farbstoffmolekül hängt. Da diese Haken ins Vireninnere ragen, gelangen nur kleine Farbstoffmoleküle hinein und werden dort gebunden. Durch gezielte Mutation schuf das Team eine Virus-Abart, deren Proteineinheiten einen weiteren Haken aufweisen, diesmal auf der Oberfläche der Viren. Diese Stellen binden wesentlich schneller und bei deutlich geringeren Farbstoffkonzentrationen als die inneren. Die beiden Bindestellen können daher getrennt angesprochen und mit verschiedenen Farbstoffen bestückt werden.

Das funktioniert aber nicht nur mit Farbstoffen; im Prinzip kann jedes Molekül ankoppeln, das die zu den Haken passende Öse besitzt. Auf diese Weise lässt sich das Virus chemisch "programmieren". Dort, wo sich die Viren befinden, konzentrieren sich folglich auch die angekoppelten chemischen Reagenzien. Die Forscher erwarten interessante chemische und biologische Eigenschaften und denken dabei an Mikro-Reaktionskammern.

Gelingt es, Mutanten mit sehr vielen Haken zu erzeugen und daran Metallpartikel zu koppeln, so entspräche dies leitfähigen Nanobausteinen. Kristallisierten die Viren in einem weiteren Schritt auch noch aus, so erhielten die angekoppelten Moleküle eine hohe Ordnung. Derartige Strukturen brechen das Licht und dienen als optoelektronische Bauteile.