29.03.2021 09:23
Optogenetik: Licht reguliert ein Enzym
Neues Werkzeug für die Zellbiologie: Ein Würzburger Forschungsteam hat einen Lichtsensor mit Enzymfunktion entwickelt, die sich mit unterschiedlichen Lichtfarben an- und abschalten lässt.
Plötzlich gesund
Fortschreitende Naturerkenntnis, ganz allgemein gesprochen, ‘Wissenschaft’, ist der stärkste Feind des medizinischen Wunders. Was unseren Vorfahren als Wunder erschien, was einfache Naturvölker heute noch in heftige Erregung versetzt, das berührt den zivilisierten Menschen längst nicht mehr.
Doch es gibt einen Gegensatz, der jedem Denkenden sofort auffällt: der unerhörte, durchaus nicht abgeschlossene Aufstieg der wissenschaftlichen Heilkunde und die ebenso unerhörte Zunahme der Laienbehandlung und der Kurpfuscherei. Man schätzt die Zahl der Menschen, die der Schulmedizin kein Vertrauen schenken, auf immerhin 50 Prozent.
Wie kann es sein, daß Laienbehandler und Kurpfuscher immer wieder spektakuläre Erfolge aufweisen, von denen die Sensationspresse berichtet?
Der Autor geht dieser Frage nach und kommt zu interessanten Erkenntnissen, aus denen er Vorschläge für eine bessere Krankenbehandlung durch seine ärztlichen Standesgenossen ableitet.
Die einzellige Grünalge Chlamydomonas reinhardtii hat der Forschung schon einmal einen wuchtigen Impuls gegeben: Einer ihrer Lichtsensoren, das Channelrhodopsin-2, begründete vor rund 20 Jahren den Erfolg der Optogenetik.
Bei dieser Technologie wird der Lichtsensor der Alge in Zellen oder kleine Lebewesen wie Fadenwürmer eingebaut. Danach lassen sich bestimmte physiologische Prozesse durch Licht anstoßen oder beenden. Das hat schon etliche neue wissenschaftliche Erkenntnisse gebracht, zum Beispiel zur Funktion von Nervenzellen.
Jetzt setzt die Grünalge Chlamydomonas wieder einen Akzent. Erneut sind es ihre Lichtsensoren, die Rhodopsine, die den Werkzeugkasten der Zellbiologie um ein Instrument erweitern.
Lichtsensor produziert den Botenstoff cGMP
Aus zwei Rhodopsinen der Alge haben die Forscher Yuehui Tian, Georg Nagel und Shiqiang Gao von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg einen neuartigen Lichtsensor konstruiert. Er besitzt enzymatische Aktivität und kann durch zwei unterschiedliche Lichtfarben geschaltet werden. UV-Licht oder violettes Licht führt zur Produktion von cGMP, einem wichtigen Signalmolekül in der Zelle. Ein blauer oder grüner Lichtblitz dagegen stoppt die Produktion des Signalmoleküls.
Im Journal BMC Biology stellen die Forscher den neuen Lichtsensor vor. Sie haben ihm den Namen switch-Cyclop gegeben.
Weitere Rhodopsine der Algen im Blick
Nagels Arbeitsgruppe forscht im Physiologischen Institut der JMU weiterhin daran, die Eigenschaften der verschiedenen Rhodopsine aus Chlamydomonas zu charakterisieren. Das Team des Professors kooperiert dabei eng mit Neurowissenschaftlerinnen und Neurowissenschaftlern. Ziel ist es, die Anwendungsmöglichkeiten der Lichtsensoren auszuloten.
Team und Förderer
Georg Nagel gehört zu den Pionieren der Optogenetik. Für seine Forschung auf diesem Gebiet wurde er mehrfach hochrangig ausgezeichnet. Dr. Yuehui Tian promovierte bei Nagel; er forscht seit Ende 2020 in China an der Sun Yat-sen University, Guangzhou. Dr. Shiqiang Gao promovierte ebenfalls bei Nagel, mit dem er schon seit über zehn Jahren an der JMU forscht.
Die hier beschriebenen Arbeiten wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert, außerdem aus dem Prix Louis Jeantet (2013). Stipendien des Deutschen Akademischen Austauschdienstes DAAD und des China Scholarship Council CSC gingen an Yuehui Tian.
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Georg Nagel, Physiologisches Institut – Abteilung Neurophysiologie, Universität Würzburg, T +49 931 318 6143, nagel@uni-wuerzburg.de, oder Dr. Shiqiang Gao, gao.shiqiang@uni-wuerzburg.de
Originalpublikation:
An engineered membrane-bound guanylyl cyclase with light-switchable activity, Yuehui Tian, Georg Nagel, Shiqiang Gao, BMC Biology, 29. März 2021, DOI: 10.1186/s12915-021-00978-6
Weitere Informationen:
https://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12915-021-00978-6 Zur Open-Access-Publikation des Journals
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Studierende, Wissenschaftler
Biologie, Medizin
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch
