Für die industrielle Nutzung hergestellte Bakterien
Bis vor Kurzem basierte die Gentechnik im Bereich prokaryotischer Systeme auf einem angepassten Design, dem es allerdings an Robustheit mangelt. Es besteht Einigkeit darüber, dass robuste und vorhersagbare Ansätze erforderlich sind, welche die anpassbare, aber dennoch standardisierte Gestaltung von technisch veränderten Bakterien vereinfachen. Zu diesem Zweck war das EU-finanzierte Projekts ST-FLOW (Standardization and orthogonalization of the gene expression flow for robust engineering of NTN (new-to-nature) biological properties) auf alle Schritte fokussiert – beginnend bei der Zusammenstellung von DNA-Sequenzen bis hin zur letztlichen Erzeugung veränderter Bakterien. Die Forscher waren vor allem an der Gestaltung und Herstellung von Bakterienstämmen interessiert, die auf die Biokatalyse und die Umweltbionsensorik zugeschnitten sind. Im Zuge des Bottom-up-Ansatzes wurden die Bibliotheken von Genexpressionssignalen mit geeigneten Berichtssystemen verbunden und bestimmte Wissenslücken bezüglich des Genexpressionsflusses aufgegriffen. Das Konsortium entwickelte kohärente Vektorplattformen für die physikalische/automatisierte Assemblierung von DNA-Stücken. Ein DNA-Assemblierungs-Workflow mit der Bezeichnung modulare überschneidungsgesteuerte Assemblierung mit Verbindungen (modular overlap-directed assembly with linkers, MODAL) wurde für die Verbindung von DNA-Sequenzen bestimmter funktioneller Bestandteile entwickelt. Es wurden erhebliche Anstrengungen auf die Identifizierung von mRNA-Motiven aufgewendet, welche die Degradation und Translation bestimmter Transkripte sowie die Quantifizierung der Transkriptionsgeschwindigkeit beeinflussen. Vor diesem Hintergrund arbeiteten Forscher experimentelle Protokolle aus, um die Geschwindigkeit zu bestimmen, mit der sich die RNA-Polymerase an einer bestimmten Promoterposition ereignet, sodass der tatsächliche Ablauf innerhalb einer bakteriellen Zelle visualisiert werden kann. Es wurde ein neuer kombinatorischer Ansatz für die Herstellung von Proteasespaltungsstellen innerhalb eines Proteins von Interesse eingerichtet. Dies würde eine proteomische Schaltung vereinfachen, mit der es möglich ist, das gesamte metabolische Regime der untersuchten Bakterien zu ändern. Die Ergebnisse der Studie umfassten eine Reihe von Bakterienstämmen mit neuen Eigenschaften wie bspw. der Fähigkeit zur Detektion von Arsen. Zusammengenommen verwandelte die ST-FLOW-Studie eine Reihe von Grundsätzen für die physikalische Zusammensetzung in vorhersagbare funktionelle Eigenschaften prokaryotischer Systeme. Die gewonnenen Kenntnisse und Instrumente werden dabei behilflich sein, die Größeneinschränkungen natürlicher Bakterien zu überwinden und diese mit neuartigen Eigenschaften ausstatten. Diese hergestellten Prokaryoten sollen wichtige biotechnologische Anforderungen erfüllen. Dies betrifft unter anderem Biosensoren für medizinisch bedeutsame kleine Moleküle sowie die Detektion von Umweltschadstoffen.
Schlüsselbegriffe
Bakterien, Bioengineering, ST-FLOW, Vektor, Proteasespaltungsstelle
