Deutsche Teams beim iGEM-Finale in Boston

Wettbewerb synthetische Biologie

Richard E. Schneider*)

Einen neuen Detektor zum Nachweis von Gammelfleisch steuerte die Uni Groningen, NL, beim diesjährigen Wettbewerb iGEM in Boston, Mass. (USA), bei und gewann damit den ersten Preis. Positiv überraschten die vier deutschen Teams, die bis ins Finale der besten sechszehn iGEM-Teilnehmer vorgestoßen waren.

Viel umjubelter Sieger des internationalen Wettbewerbs zur synthetischen Biologie in Boston wurde das Nachwuchsteam der Uni Groningen, NL, mit einem neuen Sensor zum Nachweis von Gammelfleisch. Sie verwendeten dabei Bacillus subtilis für ihre preisgekrönte Arbeit. Auf dem zweiten Platz landete das Team Paris Bettencourt, Frankreich. Knapp verpassten die Münchener Studenten der LMU mit dem 4. Platz den Sprung aufs Podium. Sie machten Bacillus subtilis, den Heu-Bazillus, der breiten Forschungswelt zugänglich und können es jetzt sogar zur Aufreinigung und zum Aufspüren von Erbgutmolekülen nutzen.

Bacillus subtilis als neues Target

Beim Finale der synthetischen Biologie iGEM (International Competition of genetically engineered machines) vom 2.- 5.11.2012 in Boston, Mass., ging es hoch her. Das Heu-Bazillus ist in der Lage, Sporen, d.h. langlebige Dauerformen, zu bilden. Von Vorteil war für die sieben Münchener Jung-Wissenschaftler, dass sein Genom bereits seit mehreren Jahren entschlüsselt ist und er sich leicht genetisch verändern lässt. Für den Menschen ist dieser Organismus ungefährlich und wird bereits seit Jahren erfolgreich in der Nahrungsmittelindustrie sowie als medizinisches Präparat bei Darmerkrankungen eingesetzt. Anders als das Bakterium Escherichia coli, das längst als ¿Arbeitspferd¿ in der Produktion bei der Herstellung von Proteinen im industriellen Massstab eingesetzt wird, kann Bacillus subtilis die produzierten Proteine in die Umgebung abgeben. So wurde bereits im Jahr 2008 in Bayreuth das Biotech-Unternehmen BayGenetics gegründet, das ein leistungsfähiges Produktionssystem für Proteine entwickelte. Doch auch der Einsatz von Sporen des Heubazillus bei der Herstellung von Impfstoffen ist möglich, ebenso wie Anwendungen im Bereich der molekularen Diagnostik.

Anzeige

Neue Einsatzmöglichkeiten für Bacillus subtilis

Die Münchener Jung-Ingenieure befassten sich intensiv mit dem Bacillus. Sie statteten seine Sporen an ihrer Außenhülle mit bestimmten Proteinen aus, um funktionale Sporen herzustellen. Weiter schufen sie eine BacillusBioBrickBox (B4), die aus Reporter- Genen, genau definierten Promotoren sowie Reporter-, Expressions- sowie leeren Vektoren besteht. Damit steht der Wissenschaft eine weitere, vielseitig einsetzbare Brick-Box zur Verfügung. Im BioBrick-Standardverfahren kann der Heubazillus nun gegen Stress resistente Endosporen herstellen, die in einer entsprechenden Umgebung auskeimen können. Weiter stellten die sieben Münchener Forschungsadepten Sporobeads Das Siegerteam aus Groningen warf sich beim Abschluss-Wettbewerb verständlicherweise ein wenig in Pose (Foto: Groningen). 12/2012 49 I LABO her. Sie zeigen Fusionsproteine an ihrer Oberfläche. Anschließend stellten sie einen Sporovektor her, um jede mögliche Form von Sporobeads herstellen zu können. Um die Sporobeads biologisch sicher und stabil zu machen, wurden die Gene, die eine Auskeimung zur Folge hätten, ausgeschaltet und zusätzlich ein Selbsttötungsmechanismus entwickelt, der bei Bedarf, d.h. im Falle einer Auskeimung, greifen würde.

Nun in Kürze die Vorteile des gewissermaßen neu geschaffenen Bacillus subtilis: Er ist und bleibt sehr stabil ¿ selbst bei schwierigsten Umweltbedingungen. Weiter kann er leicht und preiswert in großen Mengen hergestellt werden. Er kann in der menschlichen Nahrungskette als Ersatzstoff für Nahrungsmittel eingesetzt werden und wird auch in diesem Anwendungsbereich als sehr sicher angesehen. Sporobeads können vorteilhaft in- und außerhalb des Labors eingesetzt werden. Die Münchener erprobten sie für die Filtrierung von Flüssigkeiten sowie für das Screening von Proteinen. Bei der Filtrierung von Flüssigkeiten geht es um schwere Metall-Ionen, Toxine sowie Plastik in all seinen Ausformungen, die von Proteinen auf ihren Oberflächen gebunden werden, die selbst solche Zielmoleküle binden. Schließlich können sich Sporobeads, wie die Münchener ihren veränderten Bacillus subtilis gern nannten, nicht fortpflanzen und gelten deshalb vor dem Gesetz nicht als gentechnisch veränderte Organismen. Designer-Proteine, die ihre Bindungsfähigkeit erhöhen oder Enzymaktivitäten verstärken, werden sowohl in der Forschung als auch bei biotechnologischen Verfahren stark nachgefragt. Gewöhnlich werden sie hergestellt durch den Aufbau und das Screening von Bibliotheken mit mutierten Protein-Varianten. Der neue Weg, den die Münchener beschritten, ist kürzer, denn mit Sporobeads können die Wissenschaftler große Mengen mutierter Proteine durch einfache Identifizierung und Sequenzierung prüfen.

Tatkräftige Unterstützung

Das Team der LMU München bestand aus den sieben Studenten Korinna, Franzi, Tamara, Julia, Jenny, Jara sowie Simon als einzigem männlichen Teilnehmer. Korinna und Franzi machen derzeit ihren Bachelor-Abschluss, die anderen fünf Teilnehmer bereiten bereits ihren Masterabschluss in Biologie vor. Nicht zu vergessen sind die drei Berater des Teams: Prof. Thorsten Mascher und Dr. Tina Wecke kümmerten sich um die Unterweisung und Fortbildung, während Dr. Georg Fritz das Team bei einzelnen Fragen und Problemen beriet. Konkret bot Prof. Mascher den jungen Wissenschaftlern einen Platz in seinem Labor an und unterstützte sie bei der Durchführung des Projekts mit Rat und Tat. Dr. Tina Wecke war zuständig für die Auffindung und Lösung von Problemen und Fragen sowie für die strategische Planungsphase. Dr. Georg Fritz schließlich kümmerte sich um die einzelnen Teile dieser umfangreichen wissenschaftlichen Arbeiten und gab Ratschläge, wie z.B. Modelle zu konstruieren seien. Unter den Studentinnen ragten Julia und Jara mit bereits drei Teilnahmen an dem Bostoner Wissenschafts-Wettbewerb, einer Art Weltmeisterschaft, heraus. Julia strahlte die Ruhe aus, die die Teilnahme an diesem Jamboree verleiht. Jara gilt dagegen als wandelnde Bibliothek, besitzt viel Einfühlungsvermögen und auch ein großes Maß an Geduld. Während Jara an jedem einzelnen Modul des Beadzillus- Projekts tatkräftig mitarbeitete, schuf Julia den Selbstmord-Mechanismus für das Auskeimungs-Stopp-Modul. Nebenbei half sie Jara bei der Herstellung der Bacillus- BioBrickBox sowie bei der Entwicklung des Gen-K.O.-Modus für den Stopp-Auskeimungsprozess.

Vier Finalteilnehmer aus Deutschland

Was sich letztes Jahr in Boston bereits ankündigte, wurde 2012 Wirklichkeit: Vier der sechzehn Teilnehmer an der diesjährigen Weltmeisterschaft für Bioengineering kamen aus Deutschland. Es handelte sich neben der LMU um die TU München, die Uni Freiburg i.Br. sowie die Uni Bielefeld. So viele deutsche Teams gab es noch nie in einer Endausscheidung. Moritz Müller, Masterstudent für molekulare Biotechnologie an der Uni Bielefeld, war mit dem Abschneiden der deutschen Teams sehr zufrieden: "Wir stehen in direktem Vergleich mit Universitäten wie Stanford, Shanghai und Cornell. Das klingt erst mal sehr einschüchternd, aber wir haben gemerkt: Die haben mit den gleichen Problemen zu kämpfen wie wir. Und wir können mit unserem Know-how hier mithalten." Schließlich erhielt das Team der LMU doch noch zwei Auszeichnungen in Boston: Zum einen gelang es ihnen, den Preis für die beste Dokumentation ihrer Tüftelei in einem Online-Laborbuch zu ergattern. Außerdem wurden sie mit dem Preis für die gelungenste neue Anwendung ("Best New Application") ausgezeichnet. Doch auch die Projekte der anderen deutschen Teams in Boston konnten sich sehen lassen: Die Uni Bielefeld entwickelte ein Verfahren, um hormonell aktive Substanzen im Trinkwasser und in Gewässern zu neutralisieren. Mit der Enzymklasse der Laccasen zeigten sie eine Alternative auf, wie Trinkwasser von hormonellen Rückständen gereinigt und abgebaut werden kann. Die Uni Freiburg befasste sich mit TALProteinen, die durch weitere Veränderungen von Eiweiß-Molekülen dazu gebracht werden können, z.B. Mutationen in der DNA zu entfernen oder auszulösen. Im Mittelpunkt ihrer Arbeiten stand ein Verfahren, mit dem sich TAL-Proteine schnell und einfach im Labor herstellen und ggfs. maßschneidern lassen. Das 21-köpfige Team der TU München nahm unter Beteiligung von Prof. Arne Skerra an dem Bostoner Wettbewerb teil. Es ging um gentechnische Veränderungen der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisae, um Geschmack und Inhaltsstoffe von Bier zu verändern bzw. zu verbessern. Das iGEM-Team hofft auf die Entwicklung eines "maßgeschneiderten Biers", das trotz des Einsatzes gentechnisch modifizierter Hefezellen im Einklang mit dem Bayerischen Reinheitsgebot für Bier steht. Das Team der Uni Potsdam mit seinen 17 Studenten möchte die Herstellung von Antikörpern vereinfachen bzw. beschleunigen und gleichzeitig die Anzahl der Tierversuche reduzieren. Die Idee war, nicht nur die Produktion, sondern auch die Reifung in der Zelllinie stattfinden zu lassen. Der Plan ging nicht auf: Das Team durfte zwar in die USA reisen, fiel jedoch bei der Endausscheidung aus.

Überraschung: Groninger Team gewinnt

Der Überraschungssieger des Jahres 2012 kommt von der Uni Groningen, NL. Das Studenten-Team entwickelte ein auf Bakterien aufgebautes Nachweissystem für ungenießbar gewordenes Fleisch. Das neue Biosystem erkennt, ob sich infolge von Fäulnis bedenkliche Gase gebildet haben, die das Fleisch als nicht mehr zum Verzehr geeignet bezeichnen oder ob es noch unbedenklich gegessen werden kann. Auch in den Bereichen Präsentation, Poster und Ernährung/Energie räumten die Groninger die Siegerpreise ab. Noch ein Hinweis zuletzt: Auch der neue Biosensor arbeitet mit dem Heu-Bazillus.

  • Wissenschaftsjournalist, Brunnenstr. 16, 72074 Tübingen, Tel./Fax 07071 253015.
  • Anzeige

    Das könnte Sie auch interessieren

    Anzeige

    3D-Bioprinter

    Mit 3D-Drucker lebendes Gewebe herstellen

    Bei der akademischen Weltmeisterschaft auf dem Gebiet der Synthetischen Biologie hat das gemeinsame Team aus Studierenden der Technischen Universität München (TUM) und Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) den ersten Platz (Grand Prize) in der...

    mehr...
    Anzeige