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Die meisten Umsetzungen, die der Chemiker gern in
seinem Reaktor laufen lassen möchte, kommen in der Natur so nicht vor.
Verständlich also, dass die Natur im Normalfall nicht einfach ein
passendes Enzym bereit hält. Zuweilen lässt sich aber eines finden,
das neben seiner eigentlichen Aufgabe - wenn auch mit einer geringen
Aktivität - außerdem die Wunschreaktion katalysiert. Viele Enzyme
setzen auch Verbindungen um, die ihrem natürlichen Substrat ähneln
("Substratmehrdeutigkeit"), andere Enzyme katalysieren sogar
verschiedene Reaktionstypen ("Katalysatorpromiskuität"). Ein Enzym,
dass eine gewisse Aktivität für die gewünschte Reaktion zeigt, kann
durch gezielte Mutationen oftmals so weit optimiert werden, dass es
produktionstauglich wird.
Aber wie findet man ein solches Enzym? John D.
Sutherland und sein Team von der Universität Manchester haben anhand
eines Beispielreaktion, der Umsetzung eines Alkohols zu einem Aldehyd,
demonstriert, wie es gehen könnte. Erfolgsgeheimnis ist die Kopplung
der Wunschreaktion an eine Folgereaktion, die sich einfach und sehr
empfindlich detektieren lässt. Und so geht es: Die Forscher
zerstückeln die gesamte Erbinformation eines Mikroorganismus und bauen
einzelne Bruchstücke in Bakterien ein. Diese bilden Kolonien, die die
entsprechenden Proteine in hoher Zahl herstellen. Alle Kolonien
zusammen repräsentieren somit die Gesamtheit der Proteine des
Mikroorganismus, das "Proteom". Dem Medium wird nun der umzusetzende
Alkohol zugegeben. Enthält eine der Kolonien ein brauchbares Enzym,
wird es den Alkohol in einen Aldehyd verwandeln. Nun der Trick: Allen
Bakterien wurde zusätzlich ein Gen eingepflanzt, das für das Enzym
Luciferase codiert. Die Luciferase setzt Aldehyde zu den
entsprechenden Säuren um. Dabei wird Energie in Form von Licht frei.
Kolonien, in denen der zugegebene Alkohol zum gewünschten Aldehyd
umgesetzt werden kann, geben sich durch ihr Leuchten leicht zu
erkennen. Die Detektion ist so empfindlich, dass bereits sehr geringe
Enzymaktivitäten auffallen. Leuchtende Kolonien werden dann
selektiert, und anhand ihrer fremden Genschnipsel lässt sich das
gesuchte alkoholumsetzende Enzym identifizieren. |
