JGW-SchülerAkademie Papenburg 2011 - Jugendbildung in ...

2 Biotechnologie im Alltag
2.5 Enzymscreening und rekombinante Proteinproduktion
2.5.1 Enzymscreening
Enzyme als Alternative zu umweltschädlichen Chemikalien sind gerade für die Industrie
interessant, z. B. als Fettfleckentferner in Waschmitteln, denn sie arbeiten meist sehr
spezifisch und werden dafür nur in geringen Mengen benötigt. Außerdem sind sie
biologisch abbaubar.
Beim Enzymscreening sucht man nach Enzymen, die eine bestimmte Funktion erfüllen,
um sie für industrielle Prozesse zu nutzen. Zunächst wird das Problem definiert und auf
sein Geschäftspotenzial analysiert. Entscheidet man sich zur Umsetzung des Projekts,
werden zuerst die Kriterien für die gewünschte Anwendung bestimmt, darunter die
umzusetzende Substanz, der pH-Wert und die Temperatur. Danach wird daraus ein
biochemischer Assay entwickelt, d. h. die Umgebung, in der das Enzym später seine
spezifische Wirkung entfalten soll.
Beim primären und sekundären Screening gibt man potentielle Enzyme hinzu und
selektiert solche mit positivem Ergebnis, wobei der Assay beim sekundären Screening
selektiver gestaltet wird. Um die Enzyme in größerem Maßstab herstellen und testen zu
können, werden die Gene für die Enzyme aus dem Spenderorganismus isoliert und in
Wirtsorganismen hergestellt (s. u.). Mit den daraus entstandenen Enzymen kann man bei
Anwendungsversuchen eindeutige Rückschlüsse auf deren Wirkungsweise und Effizienz
ziehen.
2.5.2 Alternative Screeningmethoden
Kennt man für eine bestimmte Anwendung bereits ein geeignetes Enzym, so kann
man beispielsweise über Homologie-basiertes Screening im reichen Fundus der Natur
nach ähnlichen Enzymen mit möglicherweise noch besseren Eigenschaften suchen.
Homologie-basiertes Screening beruht auf der Ähnlichkeit zwischen enzymkodierenden
Genen. Die Sequenzinformationen werden benutzt, um Sequenzhomologien aufzufinden
und die durch die Evolution besonders konservierten Regionen der DNA zu
identifizieren, also die Bereiche, die sich im Laufe der Zeit kaum durch Mutationen
verändern. Mittels dieser Abschnitte werden Primer hergestellt, die an den ähnlichen
konservierten Bereich anderer enzymkodierender Gene binden. Dadurch ist es möglich,
die von dem Primer gebundene DNA mittels PCR (Polymerase Chain Reaction, deutsch
Polymerase-Kettenreaktion) zu vervielfältigen, um das Genfragment in Wirtsorganismen
zu integrieren. Alternativ werden Hybridisierungsmethoden angewandt. Hierbei
wird die zu untersuchende DNA mit einer radioaktiv markierten Probe, Fragment einer
konservierten Region, inkubiert. Dabei bindet die Probe nur an Gensequenzen, die mit
ihrer eigenen ganz oder nahezu identisch sind. Anhand der Markierung kann man nach
der Inkubation feststellen, ob die Probe an die DNA gebunden hat. Ist dies der Fall, so
weiß man, dass sich das Gen, aus dem die Probe stammt, auf der getesteten Sequenz
befunden hat. Damit hat man ein dem Enzym, aus dessen konserviertem Bereich die
Probe stammt, in der Funktion ähnliches Protein gefunden.
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