(16.11.16) Mit einem selbstgebastelten Beleuchtungsapparat können Optogenetiker und Photobiologen Licht präzise dosiert in eine 24-Well-Platte leiten. Die nötigen Bauteile dazu gibt´s im gut sortierten Elektrofachhandel.
© Jeff Fitlow/Rice University
Trifft Licht auf entsprechende Photorezeptoren, so löst es in Organismen lichtabhängige, zelluläre Reaktionen aus. Optogenetiker machen sich dieses Prinzip zunutze, indem sie genkodierte Photorezeptoren an gewünschte „Downstream“-Komponenten koppeln. Letztere werden aktiv, sobald ein Lichtstrahl mit der passenden Wellenlänge und Intensität auf die Photorezeptoren trifft. Hierzu konzipierten Optogenetiker in den letzten Jahren verschiedene Licht-induzierbare Promotersysteme etwa für E. coli, Hefe, Säugerzellen, Drosophila sowie Pflanzen, die sie in die Lage versetzen, etwa die Synthese, den Abbau sowie den subzellulären Transport von Proteinen zu steuern. Ein typisches Beispiel ist die Regulation der Nervenzell-Aktivität mit dem Licht-aktivierbaren, bakteriellen Ionenkanal Opsin.
Die Steuerungsmöglichkeiten mit einem bloßen Licht-An/Aus-Schalter sind aber begrenzt. Helle Köpfe um den amerikanischen Bioingenieur Jeffrey J. Tabor entwickelten deshalb einen Lichtplattenapparat (LPA), der Licht unterschiedlicher Wellenlänge und Stärke in die Vertiefungen einer 24-Well-Platte aussendet (Gerhardt et al., Sci. Rep. 6). Ein Druck auf den Schalter des LPA startet eine einstudierte Licht-Show, mit der die Licht-gesteuerten Zellen in den Wells angestrahlt werden. Das Show-Programm stellt der Experimentator vorab über das gratis erhältliche Webtool „IRIS“ zusammen und kann es auf einer SD-Karte speichern.
Laut Gerhardt et al. reichen knapp 400 Euro aus, um das Material für den LPA zu besorgen. Zudem geht die Gruppe mit einer genauen Bauanleitung auf einem 78 Seiten umfassenden ergänzenden Datenblatt auf Nummer sicher, dass der Nachbau tatsächlich gelingt und wie versprochen nur einen Tag dauert.
Für den LPA benötigen Sie eine Leiterplatte inklusive SD-Karten-Leser, einen Mikroprozessor, einen LED-Treiber, Anschlussbuchsen sowie ein paar kleinere elektronische Bauteile. Den nötigen Saft liefert ein 5-Volt-Powersupply.
Sollte man alles im Elektromarkt bekommen, genauso wie die LEDs die Wellenlängen von 310 bis 1550 Nanometer abdecken. Das Gehäuse für die Elektronik kommt aus dem 3D-Drucker. Es enthält neben der Montageplatte für die Bauteile auch eine 24-Well-Platte für das biologische Material.
Die Amerikaner testeten ihren Beleuchtungsapparat unter anderem mit einem dualen Promotersystem, bei dem Grün- und Rotlicht die GFP-Produktion anregt beziehungsweise inhibiert. So bestrahlten die Forscher E.coli-Kulturen die das Zweikomponentensystem exprimierten, während des Wachstums mit verschiedenen Grün- und Rotlichtintensitäten und beobachteten die GFP-Produktion via Durchflusszytometrie. Dabei stellten sie fest, dass E. coli die Transkription sehr "elastisch" an die jeweilige Situation anpasst.
Der Lichtplattenapparat funktioniert aber auch bei Hefekulturen. In diesem Fall testeten ihn die Optogenetiker um Tabor mit einem bestehenden Yeast-Two-Hybrid-(Y2H)System. Dieses basiert auf einem mit Blaulicht-aktivierbaren Promoter, der ein mCherry-Fluoreszenzprotein antreibt. Bestrahlt man das System mit blauem Licht interagieren die Proteine des Y2H-Systems was zu einem roten Lichtsignal führt. Mit dem selbstgebastelten Beleuchtungsapparat gelang es den Forschern aber nicht nur den Blaulicht-empfindlichen Promotor des Systems zu aktivieren. Sie konnten mit seiner Hilfe auch ein kinetisches Modell der Protein-Interaktionen des Y2H-Systems ableiten.
Also liebe Optogenetiker und Photobiologen: Für schlappe 400 Euro und ein bisschen Weihnachtsbastelei gibt es ein neues Spielzeug, das die Forschung mit lichtempfindlichen genetischen Schaltern deutlich erleichtern sollte.
Andrea Pitzschke