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Auf der Suche nach neuen thermostabilen Enzymen

Thermostabile Enzyme wie etwa Polymerasen, Ligasen, Nukleasen, reverse Transkriptasen, Polynukleotid-Kinasen und Restriktionsenzyme spielen eine wichtige Rolle in der Biotechnologie. Die vermehrte Nutzung von DNA-basierten Technologien führt zur Notwendigkeit, neue thermostabile Enzyme zu entdecken und herzustellen.
Auf der Suche nach neuen thermostabilen Enzymen
Thermophile Mikroorganismen sind Gegenstand intensiver Forschungen. Thermostabile Enzyme von thermophilen Bakterien werden rekombinant produziert und finden sowohl in der Industrie als auch der Biotechnologie Anwendung. Beispielsweise wird das thermostabile Enzym Taq-Polymerase bei der Polymerasekettenreaktion verwendet, einem sehr empfindlichen und verbreiteten Werkzeug für die genetische Analyse.

Die Suche nach neuen thermostabilen Enzymen geht weiter. Im Rahmen des Projekts EXGENOMES ("Exgenome Molecular Enzymes") sollen neue und verbesserte Enzyme für die groß angelegte DNA-Synthese entwickelt werden. Die Zielquelle für die neuen Enzyme bildeten selbst reproduzierende mobile genetische Elemente (Phagen, Plasmide und Transposone) von thermophilen Bakterien.

Neben der Nutzung der vorhandenen genetischen Datenbanken für thermophile Bakterien und Phagen wurde neues genetisches Material aus heißen Quellen in Island gesammelt und sequenziert. Die Kandidatengene wurden ausgewählt, kloniert und exprimiert. Die produzierten Enzyme wurden purifiziert, charakterisiert und getestet.

Insgesamt wurden 39 neue Enzyme für die Klonierung und Expression ausgewählt, von denen man 23 herstellte und für die Bewertung ihrer Aktivität purifiziert. Acht Arten von thermostabilen Enzymen waren vertreten, darunter DNA-Polymerasen, Protelomerasen, Lysozyme, Helikase, RNAse H, Rec A, Primase und einzelsträngiges DNA-Bindungsprotein (SSB). Nach der Bewertung der Aktivität wurden 14 Enzyme weiter purifiziert und charakterisiert, von denen schließlich sechs als kommerzielle Produkte entwickelt wurden. Diese sind: LysT Lysozym aus Thermus phage Pro2631, Lys2119 Lysozym aus Thermus phage Ph2119, RecA Rekombinase aus Thermus phage T72, RadA Rekombinase aus Pyrococcus woesei, Pol72 DNA-Polymerase aus Thermus islandicus und SSB M2 aus Metagenom.

Zusätzlich wurden zwei neue Protelomerasen, TelA und TelK kloniert, exprimiert, purifiziert und für Experimente zur Herstellung von neuen DNA-Vakzin-Konstrukten verwendet. Die neuen Enzyme wurden in sechs wissenschaftlichen Publikationen beschrieben und zwei Patente wurden angemeldet.

Die Entwicklung von neuen thermostabilen Enzymen für kommerzielle Anwendungen verspricht Vorteile für die an dem Projekt beteiligten kleineren Unternehmen. Darüber hinaus fördert sie die Wettbewerbsfähigkeit der EU im Bereich der Biotechnologie für Anwendungen in Gesundheitswesen und Pharmaindustrie.

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Schlüsselwörter

thermostabile Enzyme, Enzyme, Biotechnologie, thermophil, molekulare Enzyme
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