Gesundheit: Süßes Leuchten in der Zelle

Eine Zelle lässt sich als Minireaktor ansehen, in dem gleichzeitig viele unterschiedliche Stoffwechselvorgänge ablaufen. Forscher der Universität Tübingen haben jetzt einen Sensor entwickelt, mit dem man sozusagen in die lebende Zelle hineinschauen kann. Wie Wolf Frommer vom Zentrum für Mikrobiologie der Pflanzen und seine Mitarbeiter berichten, lässt sich damit die Konzentration des Zuckers Maltose feststellen, ohne das empfindliche System einer lebenden Zelle zu zerstören. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in einer Online-Version des Fachmagazins „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) erschienen.

Für den optimalen Betriebsablauf sind die Zellen in Abteilungen, so genannte Kompartimente, unterteilt. Denn manche Reaktionen müssen in saurer Umgebung ablaufen, andere benötigen Enzyme, die sich nur im alkalischen Milieu wohl fühlen. Bei der Untersuchung des Ablaufs in den Zellen mussten die Forscher bisher häufig die Strukturen zerstören oder die Zelle fixieren. Dabei sterben die Zellen ab und es lässt sich manchmal nicht feststellen, welche Effekte erst nach der Zerstörung der Zelle entstanden sind.

Mit dem in Tübingen entwickelten Sensor können die Forscher Unterschiede zwischen benachbarten Zellen im gleichen Gewebe messen, ohne das ganze System zu beeinflussen. Der Prototyp des Sensors misst Maltose. Dieser Zucker entsteht beim Abbau von Stärke und dient Pflanzen nachts zur Energiegewinnung sowie vielen Bakterien, Pilzen und Tieren als Nahrung. Die Konzentration von Maltose wird durch fluoreszierendes Licht angezeigt. Zunächst konstruierten die Forscher ein gentechnisch verändertes Protein, das sich spezifisch an Maltose heftet. Bei der Bindung an die Zuckermoleküle klappt das Protein wie ein Scharnier zusammen. Dabei nähern sich zwei fluoreszierende Proteine: Die Farbe des einen Proteins ändert sich durch die Resonanzenergie des anderen. Die Intensität ist ein Maß für die Konzentration von Maltose. Nach diesem Prinzip lassen sich auch Sensoren für andere Stoffe bauen, wenn man ein Molekül findet, das spezifisch bindet. Paul Janositz

Internet: http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.142089199

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