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Natur 2.0

Neue Moleküle erweitern das Produktspektrum des Lebens

Biologie. - Ob Mikrobe oder Mensch, Eidechse oder Elefant: Die Natur hat alle Organismen nach dem gleichen Geheimrezept konstruiert. Doch nun haben Biochemiker neue Bauteile entworfen. Ein Biochemiker der Max-Planck-Gesellschaft hat das Baustoffangebot für Lebendiges erweitert.

Von Michael Lange

Maßgeschneiderte und in der Natur nicht vorhandene Aminosäuren sind das Ziel von Budisas Forschung. (MPI für Biochemie)
Maßgeschneiderte und in der Natur nicht vorhandene Aminosäuren sind das Ziel von Budisas Forschung. (MPI für Biochemie)
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Leben aus dem Labor

Im Erbmolekül, der DNA, steht festgeschrieben, wie eine lebende Zelle aufgebaut wird. Sie bestimmt, welche Teile in welcher Reihenfolge hintereinander gehängt werden. Die fertigen Produkte sind die Proteine, die Arbeitstiere der Zelle – auch genannt Eiweiße. Sie bestehen stets aus den gleichen 20 Aminosäuren. Der Biochemiker Nediljko Budisa wollte diese Beschränkung nicht mehr hinnehmen.

"Alle Lebewesen nutzen 20 Grundbausteine. Aber was die Natur nicht vorhersehen konnte, ist, dass wir irgendwelche Zwecke verfolgen in der Biotechnologie, die nicht in der Natur vorkommen."

Nediljko Budisa entwickelt am Max-Planck-Institut für Biochemie künstliche Bausteine des Lebens. (Michael Lange)Nediljko Budisa entwickelt am Max-Planck-Institut für Biochemie künstliche Bausteine des Lebens. (Michael Lange)Da kommt Budisas Forschung ins Spiel. Der Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried bei München entwickelt Protein-Bauteile, die von der Natur nicht vorgesehen sind. Und erweitert damit das Spektrum des Lebens. So konstruierte er eine 21. oder eine 22. Aminosäure und jubelte sie Bakterienzellen unter. Solange, bis er sie dazu gebracht hatte, diese Aminosäuren beim Proteinbau zu verwenden. Mittlerweile hat Nediljko Budisa eine umfangreiche Trickkiste zusammengestellt, mit der er die Natur überlistet. So kann er zum Beispiel seine Bakterien dazu bringen, chemische Elemente in Proteine einzubauen, die eigentlich unnatürlich sind.

"Fluor ist ein Element, das die Natur nie benutzt oder nur sehr selten. Das liegt daran, dass sich aus Fluor Kristalle bilden. Fluoride sind von Natur aus wasserunlöslich. Aber unsere organische Chemie hat im letzten Jahrhundert eine phantastische fluorbasierte Chemie entwickelt. Und wenn man jetzt zum Beispiel fluorhaltige Aminosäuren in Proteine einbaut, kann man Proteine herstellen, die in organischen Lösungsmitteln genau so gut arbeiten wie in Wasser."

Die chemische Industrie könnte solche fluorhaltigen Proteine gut gebrauchen. Kunststoffe, die Fluor enthalten, müssen heute chemisch hergestellt werden. Sie ließen sich durch lebende Zellen billiger und umweltverträglicher synthetisieren, glaubt Nediljko Budisa. Ein anderes Beispiel sind fettspaltende Enzyme, so genannte Lipasen. Sie kommen in Waschmitteln zum Einsatz. Durch den Einbau spezieller unnatürlicher Aminosäuren gelang es Budisa, die Aktivität dieser Enzyme zu steigern.

"Bei industriell relevanten Enzymen, wie bei dieser Lipase, kann man bis zu zehnfach die Effektivität erhöhen. So kann man erreichen, dass man in einem Fermenter oder in einem Industrieprozess zehnmal weniger Katalysator gibt. Und diese Enzyme sind sehr teuer. Und jetzt können wir die Effizienz des einzelnen Katalysators zehnfach erhöhen."

"Am Anfang war es Spielerei", erklärt Nediljko Budisa , aber inzwischen sei eine ernstzunehmende Technologie daraus geworden. Eigentlich müsste die Industrie begeistert sein.

"Im Vergleich mit meinen amerikanischen Kollegen, finde ich, dass die deutsche Industrie sehr zurückhaltend ist. Die greifen zu, wenn etwas reif ist. Das haben sie mir mehrfach unmissverständlich gesagt."

Der Weg in die biotechnologische Praxis scheint schwierig. Seit 3,5 Milliarden Jahren haben sich die 20 natürlichen Aminosäuren bewährt. Neulinge haben es da schwer.

Der Beitrag ist Teil des Themenschwerpunkts Synthetische Biologie Leben aus dem Labor

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