Foto: Escherichia coli-Bakterien
Elektronenmikroskopische Aufnahme
von Escherichia coli-Bakterien;
© Meek/gatech.edu

Das Darmbakterium Escherichia coli ist ein wichtiger Baustein in den Laboren der Biotechnologen. Denn es produziert Insulin und viele weitere pharmazeutisch wichtige Stoffe. Normalerweise fühlt sich das Bakterium bei 37° Celsius am wohlsten. Höhere Temperaturen verursachen dem Organismus Stress, Temperaturen über 46° Celsius sind tödlich.

Eine Vielzahl pharmazeutischer Substanzen werden biotechnologisch durch gentechnisch veränderte E. coli-Bakterien hergestellt, beispielsweise das Insulin. Während in der chemischen Produktion gilt, dass eine um zehn Grad höhere Temperatur eine Verdoppelung der Reaktionsgeschwindigkeit zur Folge hat, sind die Verhältnisse in der Biotechnologie komplizierter. Zwar steigt die Produktivität bei höheren Temperaturen zunächst, oberhalb von 42° Celsius gerät der Organismus jedoch zunehmend unter Stress und produziert weniger brauchbare Proteine.

Ein Team um Jeannette Winter, Biochemikerin an der TU München, gelang es nun, E. coli-Bakterien durch Evolution eine sehr viel höhere Hitzeresistenz anzuzüchten. Allerdings hat diese ihren Preis: Da der Organismus durch den andauernden Stress Veränderungen im Erbgut trägt und viel Energie in die Produktion von Hitzeschutzproteinen steckt, wächst er langsamer als seine Vorfahren.

Dahinter steht ein komplexer Prozess: Jedes Protein besteht aus einer Kette von Aminosäuren. Erst durch kunstvolle Faltung wird daraus das funktionierende Protein. Dabei helfen Chaperone genannte Proteine, wie das GroE. Es stabilisiert Proteine, die bei höheren Temperaturen instabil werden, und hilft, durch Mutationen instabiler gewordene Proteine in Form zu bringen.

„Die Fähigkeit der hitzeresistenten Bakterien, wesentlich höhere Konzentrationen an GroE produzieren zu können, ist ein entscheidender Faktor für die Überlebensfähigkeit unter diesen Bedingungen“, sagt Winter. „Ein besseres Verständnis der Arbeit der Chaperone könnte auch neue Wege für die gezielte Züchtung von Organismen für spezielle Aufgaben öffnen. Das sind nicht nur Bakterien zur Produktion von pharmazeutisch interessanten Proteinen, sondern beispielsweise auch Bakterien, die unter harten Umweltbedingungen Umweltgifte abbauen können.“


COMPAMED.de; Quelle: Technische Universität München