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Nediljko Budisa

kroatischer Chemiker und Professor für Biokatalyse an der TU Berlin

Nediljko „Ned“ Budisa (kroatisch Nediljko Budiša; * 21. November 1966 in Šibenik, Kroatien) ist ein kroatischer Biochemiker und Professor (Tier 1 Canada Research Chair) für Synthetische Biologie an der Universität von Manitoba in Winnipeg, Kanada.[1][2]

Nediljko Budisa 2012

Als Pionier in den Bereichen Genetic Code Engineering und Chemische Synthetische Biologie (Xenobiologie) hat er seine Forschung auf eine breite Palette von Anwendungen in sowohl bioorganischer und medizinischer Chemie, Strukturbiologie und Biophysik, als auch in molekularer Biotechnologie und Stoffwechsel- und Biomaterial-Engineering ausgerichtet. Er ist der Autor des einzigen Lehrbuchs in seinem Forschungsgebiet „Engineering the genetic code: expanding the amino acid repertoire for the design of novel proteins“.[3]

Akademische Laufbahn

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Ned Budisa erwarb 1990 an der naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Zagreb ein Diplom als Gymnasiallehrer in Chemie und Biologie. Im Jahr 1993 schloss er an derselben Fakultät erfolgreich mit einem B.S. in Molekularbiologie und M.Sc. in Biophysik ab. Die Doktorarbeit (mit dem Prädikat summa cum laude) verteidigte er 1997 an der Technischen Universität München mit Professor Robert Huber als Doktorvater. 2005 habilitierte er sich an der TU München. Anschließend bekam er eine Stelle als Junior Group Leader („Molekulare Biotechnologie“)[4] am Max-Planck-Institut für Biochemie in München. Von 2007 bis 2010 war er zudem Mitglied von CIPSM in München.[5] 2008 erhielt Ned Budisa einen Ruf für eine W3-Professur für Biokatalyse an der TU Berlin, den er 2010 annahm.[6] Diese Position behielt er als volle Professur bis September 2018, danach in Teilzeit als Professor im freien Dienstverhältnis, da er im Oktober 2018 den Ruf für die Position Tier 1 CRC in Chemische Synthetische Biologie an der Universität von Manitoba annahm.[7] Ned Budisa ist auch Mitglied des Exzellenzclusters Unifying Systems in Catalysis (UniSysCat).[8] Außerdem gründete er im Jahr 2014 das erste Berliner iGEM Team.[9]

Forschung

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Ned Budisa wendete die Selektionsdruck-Einbaumethode[10] an, um in vivo einzelne oder multiple[11] synthetische (d. h. nicht-kanonische) Aminosäureanaloga in Proteine einzubauen, vorzugsweise durch Sense-Codon-Neuzuordnung.[12] Seine Methode ermöglicht eine präzise Manipulation der Aminosäure-Seitenketten, überwiegend mit Analoga der kanonischen Aminosäuren Prolin, Tryptophan und Methionin. Diese Versuche werden oft von einfachem metabolischem Engineering begleitet.[13][14] Das Ziel ist die Übertragung von bioorthogonalen physikalisch-chemischen Eigenschaften und Reaktionen (z. B. chemoselektive Verknüpfungen wie Click-Chemie) sowie von spektroskopischen Merkmalen (z. B. blaue[15] oder goldene[16] Fluoreszenz oder Vibrationsenergieübertragung[17]) in die Chemie des Lebens. Auf diese Art und Weise bereichert man auch den Metabolismus lebender Zellen mit Elementen, die im Stoffwechsel selten vorhanden sind (z. B. Fluor, Selen oder Tellur).[18]

Ned Budisa ist bekannt für die Etablierung der Anwendung von selenhaltigen nicht-kanonischen Aminosäuren für die Protein-Röntgenstrukturanalyse[19] und fluorhaltigen Analoga für die 19F-NMR-Spektroskopie und Proteinfaltungsstudien[20]. Er hat als Erster gezeigt, dass „genetic code engineering“ als nützliches Werkzeug für die Schaffung von therapeutischen Proteinen[21] und ribosomal synthetisierten Peptid-Wirkstoffen[22] dienen kann. Darüber hinaus gelang ihm die innovative Entwicklung von photoaktivierbaren miesmuschel-basierten Unterwasserklebstoffen[23] (als proteinbasierte Biomaterialien). Zu seinen grundlegenden Beiträgen gehört auch das Design eines chemischen Modells, das die Rolle der Methionin-Oxidation in der Prion-Protein-Aggregation erklärt.[24] Schließlich entdeckte er, welche Rolle die Prolin-Seitenketten-Konformationen (Endo-exo-Isomerie) bei der Proteinfaltung und der Stabilität und Translation von Proteinen spielen.[25][26]

Zusammen mit seinem Mitarbeiter Vladimir Kubyshkin wurde die hydrophobe künstliche Polyprolin-II-Helix entworfen.[27] Die Ergebnisse aus diesem Projekt zusammen mit den früheren Arbeiten Budisa's zur Bioexpression mittels Prolinanaloga trugen zur Postulation der Alanin-Welt-Hypothese bei.[28] Sie erklärt warum die Natur den genetischen Code[29] mit „nur“ 20 kanonischen Aminosäuren für die ribosomale Proteinsynthese gewählt hat.[30]

Im Jahr 2015 führte das Team von Ned Budisa erfolgreich ein Langzeitevolutionsexperiment mit bakteriellen Kulturen durch, welches in der vollständigen, proteomweiten Substitution aller 20.899 Tryptophan-Reste mit Thienopyrrol-Alanin im genetischen Code des Bakteriums Escherichia coli gipfelte.[31] Damit ist eine solide Basis für die Evolution von Leben mit alternativen Bausteinen und alternativer Biochemie gelegt.[32] Gleichzeitig bietet dieses Verfahren einen interessanten Weg zu einer neuen Biosicherheitstechnologie, die synthetische Zellen[33] mit einer „genetischen Firewall“ von der natürlichen Umgebung trennt (Biocontainment).[34] Ähnliche Experimente wurden in Zusammenarbeit mit Beate Koksch (von der Freien Universität Berlin) mit fluorierten Tryptophananaloga[35] als xenobiotische Verbindungen durchgeführt. Dabei wurde während der adaptiven Evolution im Labor eine außergewöhnliche physiologische Plastizität in mikrobiellen Kulturen entdeckt, die sie zu potenziellen umweltfreundlichen Werkzeugen für neue Bioremediation-Strategien macht.

Ned Budisa engagiert sich aktiv in der Debatte über die möglichen gesellschaftlichen, ethischen und philosophischen Auswirkungen des radikalen Engineerings des genetischen Codes im Kontext der synthetischen Zellen und des synthetischen Lebens mit künstlicher biologischer Vielfalt.[36]

Auszeichnungen (Auswahl)

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  • 2004: BioFuture Award[37]
  • 2017: Publikationspreis Fluorchemie[38]
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Einzelnachweise

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  1. ↑ Prof. Dr. Nediljko Budisa. Persönliches. Technische Universität Berlin, abgerufen am 22. Januar 2020.
  2. ↑ Dr. Ned Budisa. Profile. University of Manitoba, abgerufen am 22. Januar 2020.
  3. ↑ Nediljko Budisa: Engineering the genetic code. Expanding the Amino Acid Repertoire for the Design of Novel Proteins. Wiley-VCH, Weinheim 2006, ISBN 3-527-31243-9 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  4. ↑ Max Planck Institute of Biochemistry: Nediljko Budisa, Curriculum vitae (Memento vom 5. Januar 2011 im Internet Archive)
  5. ↑ Liste der CIPSM Professoren. Ludwig-Maximilians-Universität München, abgerufen am 22. Januar 2020.
  6. ↑ Institut für Chemie - Biokatalyse. Technische Universität Berlin, abgerufen am 22. Januar 2020.
  7. ↑ Begrüßung von Ned Budisa durch die Universität von Manitoba. University of Manitoba, abgerufen am 22. Januar 2020.
  8. ↑ UniSysCatGroup Leaders. Prof. Dr. Nediljko Budisa. UniSysCat Berlin, abgerufen am 22. Januar 2020.
  9. ↑ iGEM Team Berlin. iGEM Berlin, abgerufen am 22. Januar 2020.
  10. ↑ Nediljko Budisa: Prolegomena to Future Experimental Efforts on Genetic Code Engineering by Expanding Its Amino Acid Repertoire. In: Angewandte Chemie International Edition. Band 43, Nr. 47, 3. Dezember 2004, S. 6426, doi:10.1002/anie.200300646.
  11. ↑ Sandra Lepthien, Lars Merkel, Nediljko Budisa: In Vivo Double and Triple Labeling of Proteins Using Synthetic Amino Acids. In: Angewandte Chemie International Edition. Band 49, Nr. 32, 26. Juli 2010, S. 5446, doi:10.1002/anie.20030064.
  12. ↑ Nina Bohlke, Nediljko Budisa: Sense codon emancipation for proteome-wide incorporation of noncanonical amino acids: rare isoleucine codon AUA as a target for genetic code expansion. In: FEMS Microbiology Letters. Band 351, Nr. 2, Februar 2014, S. 133, doi:10.1111/1574-6968.12371.
  13. ↑ Jan-Stefan Völler, Nediljko Budisa: Coupling genetic code expansion and metabolic engineering for synthetic cells. In: Current Opinion in Biotechnology. Band 48, Dezember 2017, S. 1, doi:10.1016/j.copbio.2017.02.002.
  14. ↑ Matthias P. Exner, Tilmann Kuenzl, Tuyet Mai T. To, Zhaofei Ouyang, Sergej Schwagerus, Michael G. Hoesl, Christian P. R. Hackenberger, Marga C. Lensen, Sven Panke, Nediljko Budisa: Design of -Allylcysteine in Situ Production and Incorporation Based on a Novel Pyrrolysyl-tRNA Synthetase Variant. In: ChemBioChem. Band 18, Nr. 1, 3. Januar 2017, S. 85, doi:10.1002/cbic.201600537.
  15. ↑ S. Lepthien, M. G. Hoesl, L. Merkel, N. Budisa: Azatryptophans endow proteins with intrinsic blue fluorescence. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 105, Nr. 42, 21. Oktober 2008, S. 16095, doi:10.1073/pnas.0802804105.
  16. ↑ Jae Hyun Bae, Marina Rubini, Gregor Jung, Georg Wiegand, Markus H.J. Seifert, M.Kamran Azim, Jeong-Sun Kim, Andreas Zumbusch, Tad A. Holak, Luis Moroder, Robert Huber, Nediljko Budisa: Expansion of the Genetic Code Enables Design of a Novel “Gold” Class of Green Fluorescent Proteins. In: Journal of Molecular Biology. Band 328, Nr. 5, Mai 2003, S. 1071, doi:10.1016/S0022-2836(03)00364-4 (deepdyve.com). Expansion of the Genetic Code Enables Design of a Novel “Gold” Class of Green Fluorescent Proteins (Memento vom 11. August 2017 im Internet Archive)
  17. ↑ Tobias Baumann, Matthias Hauf, Fabian Schildhauer, Katharina B. Eberl, Patrick M. Durkin, Erhan Deniz, Jan G. Löffler, Carlos G. Acevedo-Rocha, Jelena Jaric, Berta M. Martins, Holger Dobbek, Jens Bredenbeck, Nediljko Budisa: Site-Resolved Observation of Vibrational Energy Transfer Using a Genetically Encoded Ultrafast Heater. In: Angewandte Chemie International Edition. Band 58, Nr. 9, 25. Februar 2019, S. 2899, doi:10.1002/anie.201812995.
  18. ↑ Federica Agostini, Jan-Stefan Völler, Beate Koksch, Carlos G. Acevedo-Rocha, Vladimir Kubyshkin, Nediljko Budisa: Biocatalysis with Unnatural Amino Acids: Enzymology Meets Xenobiology. In: Angewandte Chemie International Edition. Band 56, Nr. 33, 7. August 2017, S. 9680, doi:10.1002/anie.201610129.
  19. ↑ Nediljko Budisa, Boris Steipe, Pascal Demange, Christoph Eckerskorn, Josef Kellermann, Robert Huber: High-level Biosynthetic Substitution of Methionine in Proteins by its Analogs 2-Aminohexanoic Acid, Selenomethionine, Telluromethionine and Ethionine in Escherichia coli. In: European Journal of Biochemistry. Band 230, Nr. 2, Juni 1995, S. 788, doi:10.1111/j.1432-1033.1995.0788h.x.
  20. ↑ Markus H. J. Seifert, Dorota Ksiazek, M. Kamran Azim, Pawel Smialowski, Nediljko Budisa, Tad A. Holak: Slow Exchange in the Chromophore of a Green Fluorescent Protein Variant. In: Journal of the American Chemical Society. Band 124, Nr. 27, Juli 2002, S. 7932, doi:10.1021/ja0257725.
  21. ↑ N. Budisa, C. Minks, F. J. Medrano, J. Lutz, R. Huber, L. Moroder: Residue-specific bioincorporation of non-natural, biologically active amino acids into proteins as possible drug carriers: Structure and stability of the per-thiaproline mutant of annexin V. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 95, Nr. 2, 20. Januar 1998, S. 455, doi:10.1073/pnas.95.2.455 (pnas.org).
  22. ↑ Nediljko Budisa: Expanded genetic code for the engineering of ribosomally synthetized and post-translationally modified peptide natural products (RiPPs). In: Current Opinion in Biotechnology. Band 24, Nr. 4, August 2013, S. 591, doi:10.1016/j.copbio.2013.02.026.
  23. ↑ Matthias Hauf, Florian Richter, Tobias Schneider, Thomas Faidt, Berta M. Martins, Tobias Baumann, Patrick Durkin, Holger Dobbek, Karin Jacobs, Andreas Möglich, Nediljko Budisa: Photoactivatable Mussel-Based Underwater Adhesive Proteins by an Expanded Genetic Code. In: ChemBioChem. Band 18, Nr. 18, 19. September 2017, S. 1819, doi:10.1002/cbic.201700327.
  24. ↑ C. Wolschner, A. Giese, H. A. Kretzschmar, R. Huber, L. Moroder, N. Budisa: Design of anti- and pro-aggregation variants to assess the effects of methionine oxidation in human prion protein. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 106, Nr. 19, 12. Mai 2009, S. 7756, doi:10.1073/pnas.0902688106 (pnas.org [PDF]).
  25. ↑ Thomas Steiner, Petra Hess, Jae Hyun Bae, Birgit Wiltschi, Luis Moroder, Nediljko Budisa, Wenqing Xu: Synthetic Biology of Proteins: Tuning GFPs Folding and Stability with Fluoroproline. In: PLoS ONE. Band 3, Nr. 2, 27. Februar 2008, S. e1680, doi:10.1371/journal.pone.0001680.
  26. ↑ Lili K. Doerfel, Ingo Wohlgemuth, Vladimir Kubyshkin, Agata L. Starosta, Daniel N. Wilson, Nediljko Budisa, Marina V. Rodnina: Entropic Contribution of Elongation Factor P to Proline Positioning at the Catalytic Center of the Ribosome. In: Journal of the American Chemical Society. Band 137, Nr. 40, 29. September 2015, S. 12997, doi:10.1021/jacs.5b07427.
  27. ↑ Vladimir Kubyshkin, Stephan L. Grage, Jochen Bürck, Anne S. Ulrich, Nediljko Budisa: Transmembrane Polyproline Helix. In: The Journal of Physical Chemistry Letters. Band 9, Nr. 9, 12. April 2018, S. 2170, doi:10.1021/acs.jpclett.8b00829.
  28. ↑ Vladimir Kubyshkin, Nediljko Budisa: Anticipating alien cells with alternative genetic codes: away from the alanine world! In: Current Opinion in Biotechnology. Band 60, Dezember 2019, S. 242, doi:10.1016/j.copbio.2019.05.006.
  29. ↑ Vladimir Kubyshkin, Carlos G. Acevedo-Rocha, Nediljko Budisa: On universal coding events in protein biogenesis. In: Biosystems. Band 164, Februar 2017, S. 16–25, doi:10.1016/j.biosystems.2017.10.004, PMID 29030023.
  30. ↑ Vladimir Kubyshkin, Nediljko Budisa: The Alanine World Model for the Development of the Amino Acid Repertoire in Protein Biosynthesis. In: International Journal of Molecular Sciences. Band 20, Nr. 21, November 2019, S. 5507, doi:10.3390/ijms20215507.
  31. ↑ Michael Georg Hoesl, Stefan Oehm, Patrick Durkin, Elise Darmon, Lauri Peil, Hans-Rudolf Aerni, Juri Rappsilber, Jesse Rinehart, David Leach, Dieter Söll, Nediljko Budisa: Chemical Evolution of a Bacterial Proteome. In: Angewandte Chemie International Edition. Band 54, Nr. 34, 17. August 2015, S. 10030, doi:10.1002/anie.201502868.
  32. ↑ Vladimir Kubyshkin, Nediljko Budisa: Synthetic alienation of microbial organisms by using genetic code engineering: Why and how? In: Biotechnology Journal. Band 12, Nr. 8, August 2017, S. 1600097, doi:10.1002/biot.201600097.
  33. ↑ Christian Diwo, Nediljko Budisa: Alternative Biochemistries for Alien Life: Basic Concepts and Requirements for the Design of a Robust Biocontainment System in Genetic Isolation. In: Genes. Band 10, Nr. 1, Januar 2019, S. 17, doi:10.3390/genes10010017.
  34. ↑ Carlos G. Acevedo-Rocha, Nediljko Budisa: On the Road towards Chemically Modified Organisms Endowed with a Genetic Firewall. In: Angewandte Chemie International Edition. Band 50, Nr. 31, 25. Juli 2011, S. 6960, doi:10.1002/anie.201103010.
  35. ↑ Federica Agostini, Ludwig Sinn,Daniel Petras, Christian J. Schipp, Vladimir Kubyshkin, Allison Ann Berger, Pieter C. Dorrestein, Juri Rappsilber, Nediljko Budisa, Beate Koksch: Laboratory evolution of Escherichia coli enables life based on fluorinated amino acids. In: BioRxiv. 2019, doi:10.1101/665950.
  36. ↑ Markus Schmidt, Lei Pei, Nediljko Budisa: Xenobiology: State-of-the-art, Ethics and Philosophy of new-to-nature organisms. In: Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology. Band 162, 2018, ISSN 0724-6145, S. 301–315, doi:10.1007/10_2016_14.
  37. ↑ BioFuture Award profile (Memento vom 30. Juni 2007 im Internet Archive)
  38. ↑ UniCat - Publikationspreis Fluorchemie. Technische Universität Berlin, abgerufen am 22. Januar 2020.
Personendaten
NAME Budisa, Nediljko
ALTERNATIVNAMEN Budisa, Ned
KURZBESCHREIBUNG kroatischer Chemiker und Professor für Biokatalyse an der TU Berlin
GEBURTSDATUM 21. November 1966
GEBURTSORT Šibenik, Kroatien
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