Gentechniker trimmen Bakterien auf Höchstleistung
Integrierter Schalter verbessert Herstellung von nützlichen Wertstoffen
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MIT-Professorin Kristala Prather prüft Hefezellen (Foto: web.mit.edu) |
Cambridge (pte003/15.02.2017/06:05) Bakterien, die chemische Produkte produzieren, sind effektiver, sagen Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) http://web.mit.edu und haben ihnen einen genetischen Schalter verpasst. Er verhindert, dass sie den Zucker, den sie aufnehmen, für das eigene Wachstum nutzen. Stattdessen intensivieren sie die Produktion der gewünschten Chemikalien. Der Schalter wurde in Bakterien integriert, die Glucarsäure produzieren, einen Rohstoff zur Herstellung von Biokunststoffen.
Herstellung von Chemikalien
"Wir können Mikroorganismen manipulieren, sodass sie zahlreiche unterschiedliche Chemikalien produzieren", sagt MIT-Bioingenieurin Kristala Prather. "Doch im Normalfall nutzen sie den Zucker für das eigene Wachstum und zur Vermehrung." Die Herausforderung für die Fachfrau war es, die richtige Balance zu finden zwischen dem für die Produktion nötigen Wachstum der Mikroorganismen und der Ausbeute.
Prather und ihr Team manipulierten Escherichia coli (E.coli), ein Bakterium, das unter anderem im menschlichen Darm siedelt. Sie verpassten ihm drei fremde Gene: eines aus Hefe, eines von einer Maus und ein drittes von einem Bakterium namens Pseudomonas syringae. Dieser Mix ermöglicht es E.coli, aus Glucose-6-Phosphat, einem Zuckermolekül mit einem Phosphat-Anhängsel, Glucarsäure herzustellen.
Fokussierung auf Ausbeute
Glucose-6-Phosphat ist normalerweise ein Wachstumsbeschleuniger. Der genetische Schalter tritt in Aktion, wenn die Bakterien die für die Produktion von Chemikalien richtige Größe erreicht haben. Das Wachstum stagniert und das Zucker-Phosphat-Molekül wird dann fast ausschließlich zur Herstellung der Chemikalien genutzt. "Unser Ziel war es, das Zellwachstum an einem bestimmten Punkt automatisch zu stoppen, sodass sich die Bakterien ausschließlich auf die Herstellung der Glucarsäure konzentrierten", sagt Apoorv Gupta, der zum Prather-Team gehört.
Das schafften die Forscher, weil sie dem Bakterium zusätzlich die Fähigkeit einimpften, ein Molekül namens AHL zu produzieren. Wenn die AHL-Konzentration in der Umgebung der Bakterien ein bestimmtes Niveau erreicht, wird der eingebaute genetische Schalter aktiv. Er stoppt die Herstellung von Phosphofructokinase, die den Bakterien Wachstumsenergie verschafft, sodass die Herstellung des gewünschten Produkts angekurbelt wird. Pro Liter Bakterienkultur gelang es den MIT-Wissenschaftlern, 0,8 Gramm Glucarsäure herzustellen. Bakterien ohne Schalter hingegen schaffen nur einen winzigen Bruchteil davon.
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