Nanosensor misst Zuckergehalt in lebenden Zellen

von Ulrike Wagner, Eschborn

Tübinger Forscher haben eine Methode entwickelt, um den Zuckergehalt von lebenden Zellen zu bestimmen. Ursprünglich für die Maltose-Messung in Pflanzenzellen gedacht, wollen sie das Verfahren in Zukunft auch für die Zuckerbestimmung in menschlichen Zellen nutzen.

Die Pflanzenphysiologen Marcus Fehr und Dr. Sylvie Lalonde haben es sich zur Aufgabe gemacht, ein Instrument zu entwickeln, mit dem sich Stoffwechselvorgänge in lebenden Zellen besser untersuchen lassen. Dafür standen bislang keine geeigneten Methoden zur Verfügung. Die beiden Wissenschaftler tüftelten unter der Leitung von Professor Dr. Wolf Frommer vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen der Universität Tübingen eine neuartige Messmethode aus und veröffentlichten ihre Ergebnisse im Fachmagazin Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Den Prototyp des Sensors entwickelten die Wissenschaftler für die Messung von Maltose in Pflanzenzellen, berichtet die Universität Tübingen in einer Pressemitteilung. Pflanzen bauen nachts Stärke zu Maltose ab, um ihren Energiehaushalt zu sichern, da ihr Hauptenergielieferant Sonnenlicht im Dunkeln nicht zur Verfügung steht.

Wie funktioniert der Sensor?

Die Forscher verwendeten ein Molekül aus Bakterien, das Maltose spezifisch bindet. Sie veränderten es mit gentechnischen Methoden und verfügten schließlich über ein Protein, das bei der Bindung von Maltose durch eine scharnierartige Bewegung zusammenklappt. Dabei werden zwei fluoreszierende Proteine, die an dem Maltose-bindenden Protein hängen, näher zusammengebracht. Eines der Proteine wurde zuvor durch blaues Licht angeregt. Das zweite übernimmt dann die Resonanzenergie des ersten und leuchtet in einer anderen Farbe. Das abgegebene Licht kann gemessen werden und liefert so indirekt Informationen über die Maltose-Konzentration in der Zelle. Konzentrationsänderungen können die Forscher so über eine spezielles Mikroskop dreidimensional darstellen und zusätzlich die Veränderungen im Zeitverlauf messen. Sowohl in Lösung als auch in lebenden Zellen lassen sich so sehr schnell winzige Konzentrationsänderungen im Nanobereich feststellen.

Der neue Nanosensor sei ein Prototyp, heißt es in der Pressemeldung. Nach dem gleichen Bauprinzip lassen sich auch Sensoren für andere Stoffe konstruieren - sofern es ein Molekül gibt, das spezifisch an diesen Stoff bindet. Für mindestens 50 weitere Substanzen sind solche Moleküle aus Bakterien bekannt. Nach Ansicht der Forscher sind damit zahlreiche weitere Stoffwechselprodukte messbar wie andere Zucker, Aminsäuren oder die Botenstoffe zwischen Nervenzellen. Die Methode sei nicht auf Pflanzenzellen beschränkt, sie lasse sich problemlos auf andere Lebewesen übertragen. Die Forscher wollen das Verfahren zum Beispiel auch zur Messung der Glucosekonzentration in menschlichen Zellen weiterentwickeln, was vor allem für Diabetiker interessant ist.  

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