Dass Techniker und Erfinder mit ihrem Know-how aus einem Haufen Bauteile Taschenmesser und Uhren, Staudämme und Solaranlagen, Flugzeuge, Smartphones und andere Wunder erschaffen können, gilt vielen als selbstverständlich. Zunehmend aber entdecken Ingenieure die Natur als Baukasten – und sie lernen schnell, lebende Systeme nach ihren eigenen Vorstellungen umzugestalten.
Einen Meilenstein auf diesem Gebiet der „Synthetischen Biologie“ haben nun Schweizer Wissenschaftler um Professor Martin Fussenegger am Department of Biosystems Science and Engineering der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Basel erreicht. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift Science berichten ist es ihnen gelungen, menschliche Zellen so zu verändern, dass sie bei Bestrahlung mit blauem Licht das Hormon GLP-1 bilden, welches eine zentrale Rolle beim Zuckerstoffwechsel spielt
In einem zweiten Schritt verschlossen die Bioingenieure jeweils etwa zehn Millionen der lichtempfindlichen Zellen in durchsichtigen Mikrokapseln und implantierten diese bei sorgfältig ausgewählten Mäusen unter die Haut.
Die Versuchstiere hatten zunächst, ebenso wie menschliche Diabetiker, zu wenig körpereigenes Insulin gebildet. Als die Wissenschaftler jedoch die Haut der Mäuse mit blauem Licht beschienen, wurde der in den implantierten Zellen eingebaute Genschalter aktiviert. Wie geplant stieg dadurch die Produktion von GLP-1 an, es wurde mehr Insulin gebildet und der Zuckerstoffwechsel der diabetischen Mäuse normalisierte sich.
Der Triumph des Teams um Fussenegger und den Erstautor Professor Haifeng Ye baut auf einer Methode, die unter dem Namen Optogenetik seit Jahren Furore macht und die vor allem in den Neurowissenschaften sehr beliebt ist. Die Erbinformationen lichtempfindlicher Algen-Eiweiße werden dafür zusammen geschaltet mit künstlichen „Reporter-Genen“, die aktivierte Zellen aufleuchten lassen.
Mit Laserlicht, das durch eine Glasfaser in derartig manipulierte Hirnregionen geschickt wird, kann man dann Nervenzellen und -Schaltkreise nicht nur aufleuchten lassen, sondern gezielt aktivieren oder stilllegen. Häufig resultieren daraus Verhaltensänderungen, aus denen sich wichtige Informationen über die Funktion der manipulierten Nervenschaltkreise ableiten lassen.
Die Schweizer Bioingenieure haben nun als erste die Optogenetik erfolgreich genutzt, um eine Stoffwechselerkrankung bei Säugetieren zu behandeln, bemerkt Professor Edward Boyden, einer der Pioniere dieser Forschungsrichtung und Leiter der Arbeitsgruppe Synthetische Neurobiologie am Massachusetts Institute of Technology in Boston. „Sie haben auf beeindruckende Weise gezeigt, dass man die körperlichen Funktionen mit dieser Technik verändern kann – und das eröffnet eine ganze Reihe von Möglichkeiten.“ Als Beispiel nannte Boyden eine Präzisierung der Gentherapie.
Näher liegend ist es jedoch, die Produktion von Arzneimitteln und hochwertigen Biomolekülen mit Hilfe von Lichtschaltern zu optimieren. Bei ihren Vorversuchen am 250 Mitarbeiter starken Departement der ETH hatten die Basler Forscher bereits gezeigt, dass sie bei ihren gentechnisch veränderten menschlichen Zellen in Bioreaktoren die Produktion hochwertiger Proteine durch die Dauer und Intensität der Beleuchtung steuern können.
Wie lange es dauern wird, bis mit der neuen Methode die ersten menschlichen Patienten behandelt werden, darüber mag Fussenegger nicht spekulieren. Theoretisch wäre es zwar vorstellbar, Diabetikern, Rheumatikern, Schmerzpatienten oder Hämophilen ein Implantat mit entsprechend konstruierten Zellen unter die Haut zu setzen und diese Stelle mit einem Pflaster abzuschirmen, das ein paar LED-Lämpchen enthält. Per Knopfdruck ließen sich diese Lämpchen dann anschalten, so dass die gewünschten Substanzen frei gesetzt würden. „Aber das ist noch Science Fiction“, dämpft Fussenegger die Erwartungen.
erschienen in der SonntagsZeitung (Zürich). Einen weiteren Artikel aus meiner Feder zu diesem Thema finden sie im Nachrichtenmagazin „Focus“ (Ausgabe vom 7. November) unter dem Titel „Heilen mit Licht“.
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