Rotlicht als Schlüssel zur Genaktivitätssteuerung

Neuere Entwicklungen zeigen, dass entsprechend konfigurierte Bakterien auch bei der Diagnose und Behandlung von Krankheiten eine Rolle spielen können. Eine vielversprechende Methode ist die gezielte Aktivierung von Bakterien durch Rotlicht, da dieses Licht lebendes Gewebe durchdringen kann.

Um diese Anwendungen zu realisieren, ist ein tiefes Verständnis der molekularen Antworten von Bakterien auf externe Reize wie Licht notwendig. Das Forschungsteam der Arbeitsgruppe Photobiochemie der Universität Bayreuth hat hierzu wesentliche Beiträge geleistet. Ihre Arbeit zeigt, wie Bakterien auf molekularer Ebene durch das Hinzufügen oder Abspalten von Phosphatgruppen auf Rotlicht reagieren. Diese Prozesse werden häufig durch ein Zweikomponentensystem gesteuert, das aus einem lichtempfindlichen Enzym und einem Regulator besteht.

Die Forschenden der Universität Bayreuth, darunter Stefanie Meier und Prof. Andreas Möglich, haben das Zweikomponentensystem modifiziert, um die Empfindlichkeit gegenüber Rotlicht zu erhöhen. Durch den Austausch der lichtempfindlichen Einheit wurde das System zehnmal empfindlicher gegenüber Rotlicht. Der Grund für diese erhöhte Empfindlichkeit liegt in der veränderten Aktivität der Phosphatgruppen: Unter Rotlicht wurden die Phosphatgruppen schneller abgespalten, wodurch das System bereits bei geringeren Rotlichtintensitäten inaktiviert wurde.

Zusätzlich veränderten die Forschenden die Länge der Verbindung zwischen der lichtempfindlichen Einheit und dem restlichen Enzym. Diese Modifikationen führten zu gegensätzlichen Eigenschaften in der Lichtregulierung und Signalantwort auf genetischer Ebene im Vergleich zu den ursprünglichen Systemen.

Die neu entwickelten Varianten mit erhöhter Empfindlichkeit und umprogrammierter Aktivität bieten wertvolle Instrumente für Anwendungen in der synthetischen Biologie und Biotechnologie. „Die an diesem Modellsystem hervorgebrachten Ergebnisse haben generelle Relevanz für unzählige Systeme dieser Art, die unter anderem wichtige bakterielle Antworten wie Entwicklung, Bewegung und Infektiosität regulieren. Zudem erstellen wir unmittelbar in der Biotechnologie einsetzbare Systeme, die erlauben, die Produktion beliebiger Proteine durch Rotlicht zu aktivieren“, erklärt Prof. Andreas Möglich.

Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit der Universität in Jyväskylä, Finnland, durchgeführt und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft sowie dem EU-Projekt FET Open NEUROPA gefördert.

MEDICA.de; Quelle: Universität Bayreuth