Die Natur ist auf Enzyme angewiesen, um energetisch aufwendige biochemische Reaktionen zu beschleunigen, die für den Erhalt des Lebens nötig sind. Natürliche Enzyme eignen sich jedoch nicht gleichermassen für sämtliche Reaktionstypen. Künstlich hergestellte Katalysatoren sind im Gegensatz dazu vielseitiger.

Forschende arbeiten daran, künstliche Katalysatoren in lebende Zellen und Organe einzubringen. Damit könnten sie Zellfunktionen auf genetischer Ebene verändern oder ein Medikament aus einer harmlosen Vorläufersubstanz gleich in der Zelle herstellen lassen. Allerdings funktionieren solche Katalysatoren oft nur unter streng kontrollierten Bedingungen, die in lebenden Zellen kaum gegeben sind.

Kaskade künstlicher Komponenten

Um diese Einschränkung zu überwinden, haben Forschende der Universitäten Basel und Genf sowie der ETH Zürich einen kleinmolekularen Katalysator entwickelt, der einen Genschalter steuern kann. Wird dieser Schalter aktiviert, löst dies die gewünschte Zellfunktion aus.

Für ihre Studie stellten die Wissenschaftler ein sogenanntes Metalloenzym her - ein biokompatibles Protein, in das ein katalytisch aktives Metallfragment (in diesem Fall aus Ruthenium) eingebaut ist. Dabei ist es erstmals gelungen, ein künstliches Metalloenzym zu entwickeln, das in der Lage ist, in eine Säugerzelle einzudringen, wie die Forscher in der Fachzeitschrift «Nature Communications» berichten.

Neuartige Chemie in lebenden Organismen

In der Zelle angekommen, entfaltete das Enzym seine katalytische Funktion und beschleunigte die Produktion eines bestimmten Schilddrüsenhormons. Dieses Hormon betätigte anschliessend einen synthetischen Genschalter, was wiederum zur Herstellung eines leuchtenden Proteins namens Luciferase führte.

Die Studie belege die Machbarkeit eines innovativen Ansatzes, teilte die Universität Basel am Dienstag mit. So zeige die Arbeit der Forscher um Professor Thomas Ward vom Departement Chemie der Universität Basel beispielhaft, welche Möglichkeiten die Verbindung von synthetischer Biologie und metallorganischer Chemie für die Steuerung von Zellfunktionen in lebenden Organismen eröffnet.