{"id":36719,"date":"2016-08-23T07:01:04","date_gmt":"2016-08-23T05:01:04","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.chemie.de%2Fnews%2F159231%2Fsynthetische-biologie-chemischer-schalter-fuer-nano-pumpe-entwickelt.html%3FWT.mc_id%3Dca0065"},"modified":"2016-08-17T13:06:28","modified_gmt":"2016-08-17T11:06:28","slug":"synthetische-biologie-chemischer-schalter-fuer-nano-pumpe-entwickelt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/synthetische-biologie-chemischer-schalter-fuer-nano-pumpe-entwickelt\/","title":{"rendered":"Synthetische Biologie: Chemischer Schalter f\u00fcr Nano-Pumpe entwickelt"},"content":{"rendered":"

Synthetische Biologie ist ein aufstrebendes und sich schnell entwickelndes Forschungsfeld im Ingenieurwesen. Berner Forscher haben innerhalb des Nationalen Forschungsschwerpunkts \u00abMolecular Systems Engineering\u00bb einen chemischen Schalter in eine molekulare \u00abNanomaschine\u00bb eingebaut, die unter anderem synthetische Zellen mit Energie versorgen kann.<\/strong><\/p>\n

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Nanocontainer (orange) mit der modifizierten Version von Proteorhodopsin (rot). Die symmetrische Verteilung der eingebauten Proteorhodopsin-Molek\u00fcle (links) verursacht einen \u00abProtonenkurzschluss\u00bb: Bei Lichtbestrahlung kann kein Protonen-Gef\u00e4lle \u00fcber die Membran aufgebaut werden. Nach dem chemischen Ausschalten der falsch orientierten Proteorhodopsine (rechts) sind die richtig orientierten Molek\u00fcle in der Lage, ein Protonengef\u00e4lle \u00fcber die Membran aufzubauen (grau) \u2013 somit kann die Energie genutzt werden. Grafik: Dimitrios Fotiadis, Universit\u00e4t Bern.<\/figcaption><\/figure>\n

Synthetische Biologie ist ein stark interdisziplin\u00e4res Forschungsgebiet, das Biologie, Chemie und Physik mit Ingenieurwissenschaften verbindet. Ihr Ziel ist es, sogenannte molekulare Fabriken und synthetische Zellen mit neuen Eigenschaften und Funktionen zu entwickeln, die im Gesundheitswesen, in der Industrie oder in der biologischen und medizinischen Forschung eingesetzt werden sollen.<\/p>\n

Solche k\u00fcnstlichen Systeme im Nanometerbereich werden zusammengesetzt, indem bereits existierende oder synthetische \u00abBausteine\u00bb \u2013 zum Beispiel Proteine \u2013 kombiniert werden. Die so entstandenen molekularen Systeme bieten zahlreiche Nutzungsm\u00f6glichkeiten \u2013 zum Beispiel f\u00fcr die Synthese von chemischen Verbindungen, den Abbau von Schadstoffen, der Energieversorgung oder die medizinische Diagnose und Behandlung.<\/p>\n

In diesem Zusammenhang verbindet der Nationale Forschungsschwerpunkt (NFS) \u00abMolecular Systems Engineering\u00bb Schweizer Forschende aus verschiedenen Disziplinen, um gemeinsam Innovationen voranzutreiben und bestehende und k\u00fcnftige Herausforderungen anzugehen. Die Universit\u00e4t Bern ist durch die Gruppe von Prof. Dimitrios Fotiadis vom Institut f\u00fcr Biochemie und Molekulare Medizin vertreten.<\/p>\n

Nanomaschinen f\u00fcr die Energieumwandlung<\/h3>\n

Energieliefernde Bausteine sind grundlegend, um molekulare Systeme anzutreiben. Lichtgetriebene sogenannte Protonenpumpen wie das Membranprotein Proteorhodopsin stellen dabei sehr geeignete Nanomaschinen f\u00fcr eine effiziente Energieumwandlung dar. Lichtenergie, wie etwa Sonnenenergie, ist leicht zug\u00e4nglich und wird von Proteorhodopsin genutzt, um ein Konzentrationsgef\u00e4lle an Protonen \u00fcber Membranen, die zwei unterschiedliche Kompartimente voneinander trennen, aufzubauen. Dieses Gef\u00e4lle \u2013 auch Protonengradient genannt \u2013 sorgt daf\u00fcr, dass molekulare Bausteine, zum Beispiel protonengetriebene Transporter, in Gang gesetzt werden.<\/p>\n

Den Kurzschluss ausgemerzt<\/h3>\n

Konventionelle Methoden, um Proteorhodopsin und Membranproteine im Allgemeinen in Nanocontainer aus Lipid oder Polymer einzubauen, f\u00fchren zu einer symmetrischen Anordnung in den Membranen. Dies wiederum verursacht einen funktionellen Kurzschluss, der ein Gef\u00e4lle von Protonen und somit eine Nutzung dieser Energieform verhindert.<\/p>\n

Deshalb haben Forscher aus der Gruppe um Fotiadis, insbesondere Dr. Daniel Harder und Stephan Hirschi, zusammen mit Kollegen aus dem NFS MSE dieses Problem gel\u00f6st, indem sie einen chemischen Schalter f\u00fcr Proteorhodopsin entwickelt und es somit vielseitig einsetzbar gemacht haben. Dank diesem chemischen Schalter ist es nun m\u00f6glich, falsch eingebaute Proteorhodopsin-Molek\u00fcle gezielt auszuschalten und eine asymmetrische Verteilung dieser Proteine in der Membran zu erreichen.<\/p>\n

Diese modifizierte Version von Proteorhodopsin stellt die erste lichtgetriebene Protonenpumpe und den ersten energieliefernden Baustein dar, der chemisch an- und ausgeschaltet werden kann, je nach Bedarf des jeweiligen molekularen Systems. \u00abM\u00f6gliche Anwendungen dieses vielseitigen, energieliefernden Bausteins in definierten molekularen Systemen k\u00f6nnte die licht- und solargetriebene Produktion von ATP (Adenosintriphosphat, der universelle Energietr\u00e4ger in Zellen) sein, sowie der bionanotechnologische Abbau von Schadstoffen \u2013 beispielsweise Antibiotika \u2013 im Wasser\u00bb, sagt Fotiadis. Die Ergebnisse der Studie wurden nun im Journal \u00abAngewandte Chemie International Edition\u00bb publiziert.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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