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Aus den Labors: Biotechnologie
Mäuse mit verbessertem Farbsehen
Mäuse mit einem dritten Photorezeptor können mehr Farben unterscheiden als normale Mäuse
Mäuse werden belohnt, wenn sie die Farbe richtig auswählen, die sich von den anderen beiden unterscheidet. Nur Mäuse mit einem zusätzlichen Photorezeptor können bestimmte Farben unterscheiden.
Quelle: Entstehung eines neuartigen Farbsehens bei Mäusen, die entwickelt wurden, um ein menschliches Zapfen-Photopigment auszudrücken
Gerald H. Jacobset al.
Wissenschaft 315 (5819): 1723-1725
Diese Geschichte war Teil unserer Ausgabe vom Mai 2007
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Ergebnisse: Forscher der Johns Hopkins University und der University of California, Santa Barbara, nutzten Gentechnik, um Mäuse zu züchten, die drei Arten von Photorezeptoren haben, wie dies beim Menschen der Fall ist, anstatt wie bei Mäusen normalerweise zwei. Nach langem Training waren die Mäuse in der Lage, Farben zu unterscheiden, die normale Mäuse nicht konnten.
Warum es wichtig ist: Da für das Ergebnis nur genetisch bedingte Veränderungen der Photorezeptoren und keine Anpassung der zugrunde liegenden neuronalen Schaltkreise erforderlich waren, deuten die Ergebnisse darauf hin, dass das sensorische System sehr plastisch ist und lernen kann, völlig neue Informationen zu nutzen. Dies könnte erklären, wie Primaten, die einzigen Tiere mit trichromatischem Farbsehen, ihre Fähigkeiten zur Farbwahrnehmung entwickelten. Primaten haben möglicherweise die zusätzlichen visuellen Informationen genutzt, die von einem neuen Photorezeptor bereitgestellt werden, ohne eine spezielle Verdrahtung im Gehirn zu entwickeln.
Methoden: Forscher haben Mäuse so konstruiert, dass sie das Gen für ein lichtempfindliches Protein exprimieren, das rotes Licht erkennen kann, das Mäuse normalerweise nicht von grünem unterscheiden können. In Verhaltenstests wurden den Mäusen drei farbige Lichtkreise gezeigt – zwei von derselben Farbe und einer von einer anderen Farbe, die für Menschen unterscheidbar sind, aber nicht für normale Mäuse. Nach intensivem Training, bei dem die Mäuse für die Auswahl der unterschiedlichen Farbe belohnt wurden, fanden die Wissenschaftler heraus, dass Mäuse mit dem zusätzlichen Sensor die Farben unterscheiden konnten, während ihre normalen Gegenstücke dies nicht konnten.
Nächste Schritte: Die Forscher planen, zu untersuchen, wie sich das visuelle System der manipulierten Mäuse an die neuen Informationen angepasst hat.
Bakterien, die Licht ernten
Eine Reihe von Genen, die in marinen Mikroorganismen vorkommen, können gewöhnlichen Bakterien die Fähigkeit verleihen, Energie aus Licht zu gewinnen
Quelle: Genexpression des Proteorhodopsin-Photosystems ermöglicht die Photophosphorylierung in einem heterologen Wirt
Edward F. DeLong et al.
Proceedings of the National Academy of Sciences 104 (13): 5590-5595
Ergebnisse: Das gemeinsame Bakterium E coli in einem einzigen genetischen Schritt in einen lichtsammelnden Organismus umgewandelt werden. MIT-Forscher modifizierten die E coli Genom, um eine DNA-Kette zu enthalten, die in marinen Mikroorganismen vorkommt und aus Licht Energie erzeugen kann. Die resultierenden Bakterien synthetisierten alle notwendigen Komponenten, um dieses Kunststück zu duplizieren, und bauten sie in der Zellmembran zusammen.
Warum es wichtig ist: Das gentechnisch veränderte E coli , die normalerweise ihre Energie aus organischen Verbindungen wie Zucker beziehen, konnten auf eine Ernährung mit Sonnenlicht umstellen. Ähnliche Modifikationen könnten dazu führen, dass Bakterien Biokraftstoffe, Medikamente und andere Chemikalien effizienter produzieren, da sie mehr von ihren Kohlenstoff-Nahrungsquellen als Material für Bioprodukte verwenden könnten, anstatt sie zur Energiegewinnung zu verbrennen.
Die Ergebnisse geben auch Aufschluss über die mikrobielle Evolution. Wissenschaftler hatten zuvor herausgefunden, dass die im Genom oft zusammengefassten Gene für das Lichtsammelsystem häufig zwischen verschiedenen Mikroorganismen im Ozean ausgetauscht werden. Die Tatsache, dass ein einziger Gentransfer Zellen mit allen Genen versorgen kann, die sie brauchen, um Energie aus Licht zu gewinnen, erklärt, wie diese Kapazität so weit verbreitet sein konnte. (Der hier beschriebene Mechanismus zur Umwandlung von Licht in Energie, der erst vor wenigen Jahren entdeckt wurde, unterscheidet sich von der auf Chlorophyll basierenden Photosynthese.)
Methoden: Die in die eingefügten Gene E coli ermöglichten ihnen, zwei Proteine zu synthetisieren: Proteorhodopsin, das einem Protein in der menschlichen Netzhaut ähnelt, und Retinal, ein lichtempfindliches Molekül, das an Proteorhodopsin bindet. Wenn das Proteorhodopsin an die Netzhaut gebunden ist und vom Licht getroffen wird, pumpt es positiv geladene Protonen durch die Zellmembran. Dadurch entsteht ein elektrischer Gradient, der als Energiequelle dient.
Nächste Schritte: Die Forscher arbeiten nun daran, die Fähigkeit der modifizierten Bakterien zu verbessern, Energie aus Licht zu gewinnen und zu nutzen.