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Biosensor : Bäckerhefe mit Geruchssinn

Ein ungewöhnlicher Biosensor: Mit einer Art „Geruchssinn“ haben amerikanische Forscher Zellen der Bäckerhefe ausgestattet. Die mit Ratten- und Mäusegenen veränderten Hefezellen können Sprengstoffe erkennen und auch bei der medizinischen Forschung helfen.

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          Mit einer Art „Geruchssinn“ haben amerikanische Forscher Zellen der Bäckerhefe ausgestattet und auf diese Weise einen ungewöhnlichen Biosensor geschaffen. Sobald die gentechnisch veränderten Zellen bestimmte Chemikalien wahrnehmen, leuchten sie unter einem Lichtmikroskop grün auf. Wie Danny Dhanasekaran von der Temple University School of Medicine in Philadelphia (Pennsylvania) und seine Kollegen in der Zeitschrift „Nature Chemical Biology“ (doi: 10.1038/nchembio882) berichten, eignet sich die genmanipulierte Hefe unter anderem zum Nachweis von Sprengstoffen.

          Manfred Lindinger
          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Damit die Hefezellen einen Geruchssinn entwickeln konnten, haben die Forscher in das Genom der Einzeller eine Reihe fremder Gene von Ratten und Mäusen eingeschleust. Darunter befanden sich Gene mit dem Bauplan für bestimmte Geruchsrezeptoren, dank derer die Tiere verschiedene Düfte wahrnehmen können, sowie Gene für entsprechende Botenstoffe. Letztere melden es an das Zellinnere, wenn ein Duftstoff an den Rezeptor gedockt hat.

          Grün fluoreszierende Hefe

          Diese Signalkette koppelten die Forscher an ein Gen, das die Hefe grün fluoreszieren lässt, wenn die Rezeptoren aktiviert werden. Die Forscher haben die Geruchsrezeptoren von Ratten und Mäusen verwendet, weil diese Tiere über ein äußerst empfindliches Geruchsorgan verfügen.

          Die neuartigen Biosensoren haben sich in ersten Labortests bereits bewährt. Je nachdem, mit welchem Rezeptortyp die Hefezellen ausgestattet waren, reagierten diese auf geringe Konzentrationen von Vanillin und dem in Zitrusfrüchten vorkommenden Citronellal oder anderen chemischen Teststoffen, indem sie grün fluoreszierten. Den Forschern ist es außerdem gelungen, Hefezellen so zu verändern, dass sie Spuren von Dinitrotoluol (DNT) erkennen können. DNT ist mit dem Sprengstoff Tritnitrotulol (TNT) verwandt und wird wie dieser für Landminen verwendet. Die Hefezellen waren mit dem Rezeptor Olfr226 ausgestattet worden, mit dem Ratten freigesetztes DNT riechen können.

          Bei der Suche nach neuen Wirkstoffen helfen

          Bislang lässt sich das Fluoreszenzleuchten der Zellen nur unter dem Lichtmikroskop erkennen. Zudem sei das Verfahren noch auf Chemikalien mit niedrigem Molekulargewicht beschränkt, räumen Dhanasekaran und seine Kollegen ein. Prinzipiell wäre es möglich, Hefestämme zu züchten, die auch Substanzen mit größerem Molekulargewicht wahrnehmen. Dadurch ließen sich maßgeschneiderte Hefezellen herstellen, die Gift- und Sprengstoffe, aber auch Drogen „riechen“.

          Die Forscher um Dhanasekaran haben auch medizinische Anwendungen im Visier. So könnten die „riechenden“ Hefezellen bei der Suche nach neuen Wirkstoffen helfen. In diesem Fall würde man statt eines Duftstoffrezeptors das Eiweiß eines Krankheitserregers in die Zellen einbauen. Die Hefe leuchtete grün auf, sobald an das Protein ein passendes Gegenstück angedockt hat. Dieses könnte im Körper die Wirkung des krank machenden Proteins möglicherweise blockieren.

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