Angewandte Chemie

Cover image for Vol. 128 Issue 27

Chefredakteur: Peter Gölitz, Stellvertreter: Neville Compton, Haymo Ross

Online ISSN: 1521-3757

Associated Title(s): Angewandte Chemie International Edition, Chemistry - A European Journal, Chemistry – An Asian Journal, ChemistryOpen, ChemPlusChem, Zeitschrift für Chemie

Den vollständigen Artikel und die Anschrift des Autors finden Sie in Angew. Chem 2002, 114 (3), 477 - 480

Nr. 3/2002


Nanotech aus kranken Bohnen

Pflanzenviren als chemisch "programmierbare"
Bausteine für die Nanobiotechnologie

Landwirten dürfte das Cowpea Mosaik Virus wenig Freude bereiten. Benannt ist das Pflanzenvirus, das Hülsenfrüchte befällt, nach einem seiner Opfer, der Futterbohne. Ganz angetan von diesem Virus sind dagegen Chemiker und Molekularbiologen vom Scripps Research Institute in La Jolla, Kalifornien. Sie lassen die winzigen Gebilde aber nicht auf Pflanzen los, sondern haben etwas ganz anderes im Sinn: Die Viren sollen als chemisch "programmierbare" nanobiotechnologische Bausteine dienen.

Die Nanobiotechnologie hat zum Ziel, winzigste Komponenten, etwa für Mikrocomputer, bis hin zu kompletten mikroskopisch kleinen Robotern zu konstruieren. Dafür braucht man Bausteine in der Größenordnung einiger Nanometer (1 nm = ein Millionstel mm). Eine pfiffige Idee, auf bereits bestehende Strukturen zurückgreifen. Ihr Durchmesser von 30 nm macht die Viruspartikel, die in großen Mengen aus infizierten Blättern gewonnen werden können, zu geeigneten Kandidaten.

Die Virenhülle ist ein ikosaedrisches Gebilde aus 60 identischen Proteinbausteinen. Bei Versuchen mit Fluoreszenzfarbstoffen stellten M. G. Finn, John E. Johnson und ihre Kollegen fest, dass jede der 60 Proteineinheiten einen chemischen "Haken" hat, an den genau ein Farbstoffmolekül bindet. Diese "Haken" ragen ins Vireninnere. Nur kleine Farbstoffmoleküle können ins Innere gelangen und gebunden werden. Durch gezielte Mutation schuf das Team eine Virus-Abart, deren Proteineinheiten einen weiteren "Haken" aufweisen, diesmal auf der äußeren Oberfläche der Viren. Diese Bindestelle wird wesentlich schneller und bei deutlich geringeren Farbstoffkonzentrationen besetzt als die innere. Die beiden Bindestellen können daher getrennt "angesprochen" und beispielsweise mit verschiedenen Farbstoffen besetzt werden.

Das funktioniert aber nicht nur für Farbstoffe, im Prinzip kann jedes Molekül angekoppelt werden, an das zuvor die zu den "Haken" passende "Öse" angehängt wurde - das Virus wird chemisch "programmiert". "Im oder um das Virus erhalten wir so eine sehr hohe lokale Konzentration der angekoppelten chemischen Reagenzien," erklärt Finn. Neue interessante chemische und biologische Eigenschaften sind zu erwarten: Vielleicht eine Art Mikro-Reaktionskammern?

Außerdem können Mutanten mit sehr vielen "Haken" erzeugt werden. Werden Metallpartikel angekoppelt, könnte man daraus leitfähige Nano-Bausteine herstellen. Bringt man die Viren zum Kristallisieren, entstehen weitläufige hoch geordnete Strukturen der angekoppelten Moleküle. Derartige Strukturen brechen das Licht und können als opto-elektronische Bauteile eingesetzt werden.

SEARCH

SEARCH BY CITATION