Gerichtete bakterielle Evolution zur Herstellung synthetischer Proteine
Forscher des Projekts DESB (Directed evolution in vivo enabled through genetic circuits in a synthetic biology approach) entwickelten hierfür einen neuen Ansatz. E. coli sollte dabei als In-vivo-Mutagenesesystem dienen, um Proteine mit optimaler Qualität und gewünschten Eigenschaften herzustellen. Mittels synthetischer Biologie wurden Gen-Schalter für die Kontrolle der Mutageneserate und eine stringente Selektion entwickelt. Zunächst entwickelte DESB den Standard BASIC (Biopart assembly standard for idempotent cloning) für die Erzeugung hochdurchsatzfähiger genetischer Schaltkreise. Diese robuste, vielseitige und einfache DNA-Assemblierungsmethode erzielte mit sieben Komponenten eine bislang unerreichte Genauigkeit von 90%, bei der Assemblierung von vier Komponenten sogar eine Genauigkeit von 99%. Der Vorteil besteht im modularen Aufbau, da auf diese Weise umfassende und universelle Bibliotheken angelegt und effizient ausgetauscht werden können. Mit dem BASIC-Framework können Promotoren, ribosomale Bindungsstellen, Genvarianten- und Protein-Tag-Bibliotheken erzeugt werden. Mit BASIC wurden genetische Schaltkreise generiert, die als Regulatoren des genetischen Mutatorsystems fungieren. Die Forscher demonstrierten, dass ein bestimmtes Gen in einer lebenden Zelle verändert werden kann und belegten dies an der Desaminierung von Cytosin zu Uracil. Weiterhin wurde am GFP-Gen (Green Fluorescent Protein) der Effekt von Mutationen auf die Fluoreszenz aufgezeigt. DESB ist wegweisend, da nun die ersten Schritte zur Entwicklung eines selbst-entstehenden, selbst-selektierenden Systems für die großtechnische Herstellung maßgeschneiderter Proteine gemacht sind. Die Proteinselektion und -optimierung durch In-vivo-Genschalter vereinfacht die künftige biotechnologische Nutzung der Mutationsvielfalt. Anwendungen wären etwa die Herstellung neuer Chemikalien, Einsatz in der Biomedizin, nachhaltige Kraftstoffe und neue Klassen optimierbarer Materialien.
Schlüsselbegriffe
Gerichtete Evolution, Proteinproduktion, DESB, genetische Schaltkreise, Mutagenese