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06.05.09 Kleines Blasenschützenmoos exprimiert menschliche Proteine

Moos kann menschliche Proteine herstellen

ETH-Forscher konnten zeigen, dass Moos und Mensch unerwartete Gemeinsamkeiten haben. Die Überbleibsel der Evolution lassen sich für die Produktion von therapeutischen Proteinen nutzen.

Maja Schaffner (ETHZ)

Abb. 1: Herstellung von Proteinen mit Hilfe des Kleinen Blasenmützenmooses in einem einfachen Bioreaktor
Quelle: AG Reski/Universität Freiburg im Breisgau

Moos und Mensch haben auf den ersten Blick wenig gemeinsam. Das Kleine Blasenmützenmoos (Physcomitrella patens) ist klein, hellgrün, unbeweglich und nutzt Sonnenlicht für seine Energieversorgung. Der Mensch ist gross, mobil und muss pflanzliche oder tierische Nahrung zu sich nehmen, um Energie zu gewinnen.

Säugetier-Gene ins Moos übertragen

Umso erstaunlicher ist das Resultat eines Experimentes, das Forscher der Gruppe um Martin Fussenegger, Professor für Biotechnologie und Bioingenieurwissenschaften an der ETH Zürich, machten. Der Doktorand, Marc Gitzinger, testete, in Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Freiburg im Breisgau, was passiert, wenn menschliche Gene oder Gene von Säugetieren unverändert ins Moosgenom eingepflanzt werden. Sie übertrugen die fremden Gene eins zu eins ins Moos und stellten fest, dass das Moos die darauf codierten Proteine ohne Weiteres herstellen konnte.

Das ist nicht selbstverständlich, denn der gleiche Vorgang funktioniert mit einem Säugetier-Gen, das in eine sogenannt «höhere» Blütenpflanze eingepflanzt wird, nicht. Der Grund dafür ist, dass sich Start- und Schlusssequenzen der Gene von Tieren, Pflanzen, Pilzen und Bakterien zum Teil wesentlich unterscheiden. Sie sind dafür verantwortlich, dass ein Gen im Organismus überhaupt als solches erkannt und die darauf codierten Proteine in der richtigen Menge produziert und aus der Zelle ausgeschleust werden. Je entfernter Lebewesen verwandt sind, desto stärker unterscheiden sich diese Sequenzen. Deshalb müssen Biotechnologen diese im Normalfall vor der Übertragung eines Gens in einen fremden Organismus auf diesen anpassen. Dass das beim Moos nicht notwendig ist, überraschte die Forscher.

Moos als Generalist

Ralf Reski, Professor für Pflanzenbiotechnologie an der Universität Freiburg im Breisgau, erklärt das Ergebnis damit, dass das Moos ein Generalist geblieben ist. Die letzte grosse Veränderung machte es durch, als es vor etwa 450 Millionen Jahren vom Wasser- zum Landleben überging. Es passte sich damals den neuen Lebensbedingungen an und blieb danach über Jahrmillionen vom Erscheinungsbild wie auch auf der genetischen Ebene beinahe unverändert.

Das Moos produziert seine Proteine auf weniger ausgefeilte Weise als die «höheren» Lebewesen. Diese haben sich im Gegensatz zum Moos in den 450 Millionen Jahren stark weiterentwickelt und spezialisiert. Dafür hat das Moos sich offenbar über Millionen von Jahren die Fähigkeit erhalten, auch fremde Gene, wie diejenigen von Säugetieren und damit auch des Menschen, abzulesen und in Proteine zu übersetzen - vermutlich ohne dass es diese Fähigkeit in den 450 Millionen Jahren jemals gebraucht hat.

Günstige Alternative zu Säugetier-Zellen

Heute könnte das Kleine Blasenmützenmoos mit seiner Fähigkeit, Säugetier-Proteine herzustellen, helfen, den weltweit grossen Bedarf an therapeutischen Proteinen zu decken. Ein bekanntes Beispiel ist Insulin, das Diabetikern erlaubt, ihren Blutzuckerspiegel zu regulieren.

Therapeutische Proteine werden heute meist in Säugertier-Zellen hergestellt, die unter grossem Aufwand kultiviert werden. Sie müssen bei Körpertemperatur gehalten und stetig mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt werden. Die Produktion ist teuer. Heute decken die weltweiten Produktionskapazitäten die Nachfrage nicht. Wegen der schwierigen Handhabung ist die Produktion nur in Industrieländern möglich.

Das Kleine Blasenmützenmoos dagegen ist vergleichsweise anspruchslos. Es braucht Wasser, ein paar Nährsalze und etwas Licht, um zu gedeihen und Proteine zu produzieren. Das macht seine Handhabung im Bioreaktor günstig und einfach und könnte es in Zukunft auch weniger entwickelten Ländern ermöglichen, ihren Bedarf an therapeutischen Proteinen zu decken. Bis das Moos zur industriellen Produktion therapeutischer Proteine eingesetzt werden kann, ist allerdings noch weitere Forschung notwendig.

Quelle:

ETH Life

Functional cross-kingdom conservation of mammalian and moss (Physcomitrella patens) transcription, translation and secretion machineries
M. Gitzinger, et. al., Plant Biotechnol.  J.  2009, DOI: 10.1111/j.1467-7652.2008.00376.x

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Kleines Blasenschützenmoos exprimiert menschliche Proteine
(URL: http://www.organische-chemie.ch/chemie/2009mai/moos.shtm)

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