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Optogenetik: Licht reguliert ein Enzym

Neues Werkzeug für die Zellbiologie: Ein Würzburger Forschungsteam hat einen Lichtsensor mit Enzymfunktion entwickelt, die sich mit unterschiedlichen Lichtfarben an- und abschalten lässt

30.03.2021: Die einzellige Grünalge Chlamydomonas reinhardtii hat der Forschung schon einmal einen wuchtigen Impuls gegeben: Einer ihrer Lichtsensoren, das Channelrhodopsin-2, begründete vor rund 20 Jahren den Erfolg der Optogenetik.

Bei dieser Technologie wird der Lichtsensor der Alge in Zellen oder kleine Lebewesen wie Fadenwürmer eingebaut. Danach lassen sich bestimmte physiologische Prozesse durch Licht anstoßen oder beenden. Das hat schon etliche neue wissenschaftliche Erkenntnisse gebracht, zum Beispiel zur Funktion von Nervenzellen.

Jetzt setzt die Grünalge Chlamydomonas wieder einen Akzent. Erneut sind es ihre Lichtsensoren, die Rhodopsine, die den Werkzeugkasten der Zellbiologie um ein Instrument erweitern.

Lichtsensor produziert den Botenstoff cGMP

Aus zwei Rhodopsinen der Alge haben die Forscher Yuehui Tian, Georg Nagel und Shiqiang Gao von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg einen neuartigen Lichtsensor konstruiert. Er besitzt enzymatische Aktivität und kann durch zwei unterschiedliche Lichtfarben geschaltet werden. UV-Licht oder violettes Licht führt zur Produktion von cGMP, einem wichtigen Signalmolekül in der Zelle. Ein blauer oder grüner Lichtblitz dagegen stoppt die Produktion des Signalmoleküls.

Im Journal BMC Biology stellen die Forscher den neuen Lichtsensor vor. Sie haben ihm den Namen switch-Cyclop gegeben.

Weitere Rhodopsine der Algen im Blick

Nagels Arbeitsgruppe forscht im Physiologischen Institut der JMU weiterhin daran, die Eigenschaften der verschiedenen Rhodopsine aus Chlamydomonas zu charakterisieren. Das Team des Professors kooperiert dabei eng mit Neurowissenschaftlerinnen und Neurowissenschaftlern. Ziel ist es, die Anwendungsmöglichkeiten der Lichtsensoren auszuloten.

Originalveröffentlichung:
Yuehui Tian, Georg Nagel, Shiqiang Gao, "An engineered membrane-bound guanylyl cyclase with light-switchable activity."; BMC Biology, 2021.

Fakten, Hintergründe, Dossiers

  • Rhodopsine
  • Chlamydomonas reinhardtii
  • Channelrhodopsin 2
  • Lichtsensoren
  • Optogenetik

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