Produktion im Dunkeln

  Elektronenmikroskopische Aufnahme von Escherichia-coli-Bakterien

US-Forscher haben den Winzling genetisch nun so manipuliert, dass er sogar hoch aufgelöste Schwarzweißbilder fabrizieren kann. "Wir wollen Zellen wie Roboter programmieren", sagt der Biochemiker Christopher Voigt von der University of California in San Francisco, der seine lichtempfindliche Bakterie in der aktuellen Ausgabe von "Nature" vorstellt.

Voigt arbeitet auf dem noch recht jungen Feld der synthetischen Biologie: Langfristig wollen die Forscher Biologie und Ingenieurswissenschaften vereinen, um Maschinen und Organismen für eine gemeinsame technische Nutzung zusammenzubringen.

Auf diese Weise könnten sie zellbiologische Prozesse besser verstehen, aber auch neue Materialien herstellen. Die US-Wissenschaftler mussten ihre Versuchsbakterie so umprogrammieren, das sie überhaupt erst einmal Licht wahrnehmen konnte. Sie kombinierten ein Blaualgen-Gen mit dem Bauplan für ein lichtempfindliches Eiweiß mit einem Gen der Bakterie. "So erhalten wir einen Lichtrezeptor, der halb von E. coli und halb von der Blaualge stammt", sagt Voigt. Dieser Sensor wiederum steuert ein Gen. Im Dunkeln ist das Gen eingeschaltet und bildet deswegen ein Enzym, das bei der Produktion eines schwarzen Farbstoffes hilft. Im Hellen aber wird das Gen nicht aktiviert, das Enzym nicht gebildet und die Zelle bleibt durchsichtig.

Bilder aus Bakterienrasen

Ein hochaufgelöstes Schwarzweißbild erhielten die Wissenschaftler, nachdem sie einen Bakterienrasen gezüchtet hatten. Sie belichteten die Fläche und hielten eine Schablone darüber. Der Schriftzug war deutlich sichtbar. "Die Amerikaner haben einen wunderschönen, lebenden Lichtsensor entwickelt", lobt Nediljko Budisa vom Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried.

Foto-Bakterien waren allerdings nicht der wirkliche Zweck der Übung. Vielmehr wollten die Wissenschaftler exakt Zeitpunkt und Ort bestimmen, an dem eine Bakterienzelle Geninformation in ein Eiweiß umsetzt. Diese gezielte Kontrolle der so genannten Genexpression sei das wirklich Neue an der Arbeit, sagt Voigt. "Einer meiner Studenten ist auf die Idee gekommen, das mit Licht zu machen."

Mit Hilfe des Lichts könnten die Wissenschaftler die gentechnisch veränderten Bakterien gezielt dazu bewegen, spezielle Eiweiße zu bilden, zum Beispiel die der Spinnenseide, sagt Voigt. Quasi auf Kommando - ein wenig Licht reicht - könnte der Bakterienrasen der Amerikaner einen dünnen Film dieses Stoffes weben.

Eine weitere Anwendung kommt Voigts Bakterienfoto schon näher: Die Zellen, die beleuchtet werden, könnten zum Beispiel ein bestimmtes Polymer synthetisieren oder ein Metall ausfällen. So lassen sich hochaufgelöste Mikrolithografien erzeugen - ähnlich, wie es heute bereits mit optischen Methoden in der Chipindustrie geschieht.

Laborarbeiter

E.-coli-Bakterien sind für die Biotechnologie das, was Labormäuse für die Pharmaforschung sind. Die Verdauungsmikroben lassen sich von den Forschern leicht umprogrammieren, sie produzieren dann Spinnenseide oder das für die Behandlung von Diabetes wichtige Insulin.