Wie Forscher Bakterien neues Verhalten beibringen

Johanna Roßmanith und ihr Doktorvater Prof. Dr. Franz Narberhaus vom Lehrstuhl für Biologie der Mikroorganismen konnten in einer Studie steuern, welche Proteine ein Bakterium herstellt und wie es sich verhält. So brachten sie zum Beispiel ein Bakterium zum Schwimmen, das vorher unfähig war, sich fortzubewegen. Die Forscher machten es möglich, indem sie verschiedene Module aus der RNA des Bakteriums neu kombinierten.

In Wirklichkeit sind ihre Proben nicht so farbenfroh wie Legosteine, aber...
In Wirklichkeit sind ihre Proben nicht so farbenfroh wie Legosteine, aber ähnlich wie beim Baukastenprinzip kombiniert Johanna Roßmanith Module der Bakterien-RNA neu miteinander.
Quelle: RUB/Marquard

In der Studie setzten die Biologen sogenannte Riboswitche, auch RNA-Schalter genannt, und RNA-Thermometer ein. Riboswitche nehmen wahr, ob ein bestimmtes Stoffwechselprodukt in der Zelle im Überschuss vorliegt und regulieren bei Bedarf die Biosynthese oder Aufnahme dieser Substanz.

RNA-Thermometer kontrollieren eine Reihe von temperaturabhängigen Prozessen. Zum Beispiel bemerkt ein Bakterium, das aus kontaminiertem Wasser in einen menschlichen Körper gelangt, den damit verbundenen Temperaturunterschied. Daraufhin produziert es bestimmte Faktoren, die zur Infektion des Wirtes führen.

Mix and Match von Bausteinen

„Regulatorische RNA-Module sind für Anwendungen in der synthetischen Biologie attraktiv, weil sie Signale aus der Umwelt direkt wahrnehmen und unmittelbar die darauffolgenden Gene an- oder abschalten“, erklärt Johanna Roßmanith.

Eine offene Frage war, ob solche Bausteine aus der Natur wie Legobausteine beliebig miteinander kombinierbar sind, um neuartige Sensoren zu entwickeln. Für ihre Arbeit setzte die Doktorandin verschiedene Riboswitche ein, die sie seriell an ein RNA-Thermometer koppelte.

In einer alternativen Strategie integrierte sie die Thermometerstruktur in den Riboswitch. Auf beiden Wegen konnte sie neuartige funktionale Elemente erzielen, die auf die Kombination eines chemischen und eines physikalischen Signals, hier der Temperatur, reagierten.

Bakterien das Schwimmen beibringen

Um das Bakterium aus dem obigen Beispiel zum Schwimmen zu bringen, brachten die Forscher ein Gen, das für die bakterielle Fortbewegung verantwortlich ist, unter die Kontrolle der neu kombinierten RNA-Regulatoren. Voraussetzung für den Erfolg war die richtige Signalkombination. Der Riboswitch benötigte zum Beispiel einen bestimmten chemischen Stoff in Kombination mit einer bestimmten Temperatur.

Potenzial in der Biotechnologie

„Ganz so modular wie Klötze aus dem Baukasten sind RNA-Schalter nun doch nicht“, gibt Franz Narberhaus zu. „Frau Roßmanith musste viele Kombinationen ausprobieren und optimieren, bevor sie funktionale Blöcke erzielte. Unsere Ergebnisse zeigen aber, dass RNA-Module großes Potenzial in der Biotechnologie haben, um Prozesse in der Bakterienzelle ganz gezielt zu steuern.“


Originalveröffentlichung
J. Roßmanith, F. Narberhaus (2016): Exploring the modular nature of riboswitches and RNA thermometers, Nucleic Acids Research, DOI: 10.1093/nar/gkw232

Quelle: Ruhr-Universität Bochum

10.05.2016

Mehr aktuelle Beiträge lesen

Verwandte Artikel

Photo

Enzym entdeckt

Resistente Keime: Gen-Übertragung entschlüsselt

Forscher der Universität Graz haben die Struktur des Enzyms Relaxase entschlüsselt, das mithilft, DNA zwischen Bakterien auszutauschen. Durch diesen Vorgang können ganze Populationen von…

Photo

Die Blitzabwehr der Bakterien

Bringen Bakterien in den Körper eines Menschen oder eines Tieres ein, werden sie vom Immunsystem als fremd erkannt. Daraufhin versuchen die Immunzellen, diese Fremdkörper zu beseitigen.…

Photo

Gen-Sequenzierung

Brustkrebs: DNA von über 113.000 Frauen hilft bei Suche nach Risiko-Genen

Bei Verdacht auf familiären Brustkrebs sind Gentests ein fester Bestandteil der medizinischen Praxis. Lange Zeit haben Tests jedoch nur eine begrenzte Anzahl von Genen berücksichtigt, von denen…

Verwandte Produkte

Orion Diagnostica Oy – Orion GenRead

Amplification

Orion Diagnostica Oy – Orion GenRead

Orion Diagnostics Oy
Sarstedt – Low DNA Binding Micro Tubes

Research Use Only (RUO)

Sarstedt – Low DNA Binding Micro Tubes

SARSTEDT AG & CO. KG
Sarstedt – White Multiply PCR Plates

Amplification

Sarstedt – White Multiply PCR Plates

SARSTEDT AG & CO. KG
Gene Science – Saliva Collection Kit

Gene Science – Saliva Collection Kit

Zhejiang Gene Science Co., Ltd.
Genrui – NE48

Extraction

Genrui – NE48

Genrui Biotech Inc.
Newsletter abonnieren