Synthetische Biologie

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Ralph Breiner
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2 Synthetische Biologie Die Synthetische Biologie ist ein junges, stark expandierendes Feld der Lebenswissenschaften, das den Versuch macht, die grundlegenden Mechanismen des Lebens als Werkzeug und Material für zielgerichtete Applikationen nutzbar zu machen. Ausgehend von Zellen wird unter Verwendung von Erbgut und Proteinen eine lebende Maschine gebaut und auf eine ganz bestimmte Funktion ausgerichtet. Zu diesem Zweck wurden im igem-projekt standardisierte molekulare Bausteine entwickelt, so genannte Biobricks, die bestimmte Gensequenzen enthalten und eine freie Kombination dieser Sequenzen untereinander ermöglichen. So lassen sich auf einfache Weise gewünschte Eigenschaften in Zellen integrieren, ähnlich der Konstruktion eines Modells aus vorgefertigten, standardisierten Bausteinen. Die Synthetische Biologie ist die Anwendung von ingenieurswissenschaftlichen Prinzipien auf die Wissenschaft der Biologie, mit dem Ziel, diese zu vereinfachen. Das Anwendungsgebiet dieser Disziplin reicht von medizinisch-therapeutischen Bereichen über biotechnologische Produktionsketten und regulatorische Verschaltungen bis hin zu umwelttechnologischen Einsätzen. So wurden im Laufe des Wettbewerbs bspw. Organismen vorgestellt, die Arsen in kontaminierten Böden anzeigen, als simple biologische Rechenmaschinen fungieren oder Blutkonserven ersetzen können. 2

3 Der Wettbewerb Vom Beginn des Wettbewerbes im April bis zum Abgabetermin Ende September arbeiten in über 160 Teams Studenten an Universitäten in aller Welt an ihren Projekten. Im Oktober findet für die europäischen Gruppen eine Vorauswahl in Amsterdam statt, von der dann die siegreichen Teams zur Endausscheidung am MIT bei Boston, USA entsandt werden. 3

4 Motivation Warum stellen sich junge Leute in ihren wenigen freien Stunden freiwillig ins Labor und arbeiten ihre Semesterferien hindurch? Das Team ist aus vielen Gründen motiviert - für manche ist es die praktische Erfahrung, im Labor zu stehen und richtige Forschung zu betreiben, für andere, ihre gewonnene Erfahrung an die nächste Studierendengeneration weiterzugeben. Wiederum andere brennen für das Projekt und seine Anwendungsmöglichkeiten. Doch alle eint eine Faszination von Molekularbiologie und der Drang, ein erfolgreiches igem-projekt auf die Beine zu stellen. Rebecca Halbach Öffentlichkeitsarbeit igem bietet mir die Gelegenheit, schon am Anfang des Studiums in den Forscheralltag einzusteigen und ein eigenes Projekt zu entwickeln. Am igem reizt mich besonders die Herausforderung, eigene Ideen in die Tat umzusetzen und persönliches Wissen nicht nur in der Theorie, sondern auch in der Praxis anzuwenden. Erik Stricker Projektentwicklung Labormethodik 4

5 Bei unserem Projekt verwenden wir das sogenannte LOV (light, oxygen and voltage)-protein, das sich in der Natur als Bestandteil von Phototropinen (Lichtrezeptoren) in Pflanzen und lichtempfindlichen Bakterien findet. Dort spielt es eine entscheidende Rolle bei gerichtetem Wachstum und Bewegung zum Licht, denn die LOV-Domäne besitzt folgende Funktionen: 1. Lichtwahrnehmung 2. Aktivierung bzw. Deaktivierung eines Effektors Projektbeschreibung Im Rahmen des Wettbewerbs ersetzen wir in einem ersten Ansatz die Effektordomäne durch das Toxin CcdB, welches an LOV gekoppelt einen lichtinduzierten Kill-Switch ergibt. Der zweite Teil unseres Projektes ist der Austausch durch die Split-β-Galactosidase, einem Reporter in der Molekularbiologie, mit dem die Aktivität des LOV untersucht werden kann. Diese Fusionsproteine werden wir dann in Bakterien exprimieren lassen. Über das LOV können diese Effektoren durch Licht aktiviert werden, während sie bei Dunkelheit inhibiert werden. Für unser Projekt bedeutet dies, dass die Bakterien mit dem Kill-Switch gezielt durch Bestrahlung mit Licht abgetötet werden, während sich beim zweiten Ansatz die Split-β-Galactosidase zu einem funktionsfähigen Enzym zusammensetzt, das durch Anfärbung nachgewiesen werden kann. Solche künstlichen Proteinkonstruktionen finden in der Forschung überall dort Anwendung, wo das kontrollierte Ein- und Ausschalten von Proteinen zur Funktionsuntersuchung bedeutsam ist. Es ist jedoch auch möglich, damit in Bakterien einen Tag-Nacht-Rhythmus zu induzieren. Zusätzlich erlauben sie eine wesentlich schnellere und gleichmäßigere Aktivierung einer gesamten Bakterienkultur, als es mit üblichen Chemikalien möglich wäre. 5

6 Finanzaufwand Forschung ist nicht umsonst - und Nachwuchsförderung auch nicht. Um unser Projekt durchführen zu können, suchen wir Unterstützung von Sponsoren, die uns mit finanziellen oder ideellen Spenden helfen können. Von den Geldern werden dann die Kosten und Aufwände bezahlt, die im Laufe eines solchen Projektes anfallen. Natürlich ist auch jedwede andere tatkräftige Hilfe ebenso willkommen. Die Vorteile für Sie als Sponsor liegen auf der Hand: Sie steigern durch Ihre Spende Ihren Bekanntheitsgrad unter den Spitzenforschern von morgen. Auf den Konferenzen finden sich bis zu 160 Teams ein, die aus hochmotivierten, leistungsstarken Studenten bestehen. So verknüpfen Sie den Namen und das Logo Ihrer Firma mit dem neuen und aufstrebenden Feld der Synthetischen Biologie. Darüber hinaus wird Ihre Firma über Pressemitteilungen des igem-teams und der Universität auch den Medien präsent sein. Führende igem-teams benötigen jedes Jahr Beträge bis zu US-Dollar, um Kosten wie Gen-Sequenzierungen, Labormaterialien oder Reisekosten zu den igem-jamborees zu bestreiten. Wir vom Bonner igem-team haben einen Bedarf von ca Euro kalkuliert, den wir nun über Spenden bestreiten wollen. 6

7 Das Team Das Bonner igem Team, 2011 gegründet, besteht aus einer Gruppe junger, enthusiastischer Studenten in den Bachelor-Studiengängen Molekulare Biomedizin, Chemie und Biologie und Master-Studenten und Doktoranden dieser Fachgebiete, unter der fachlichen Begleitung von Prof. Dr. Günter Mayer und Prof. Dr. Michael Famulok, Professoren am Life and Medical Sciences Institut. Die Faszination an der Synthetischen Biologie und ihrer grundsätzlichen Bedeutung für Wissenschaft und Gesellschaft sind starke Motivatoren, die dem Team den nötigen Schwung geben, in studentischer Eigenregie eine biologische Maschine, einen synthetische Einzeller wie Bakterien, innerhalb von sieben Monaten zu konzipieren, entwickeln und bauen. 7

8 Das Team Katharina Düker, Christine Martens, Robin Milan, Erik Stricker, Tanja Funk, Matthias Klumpp, Max Schelski, Nicolas Ludwig, Philipp Sander Nicht abgebildet: Rebecca Halbach, Niklas Henneberg, Makita Hirt 8

9 Kontakt Bei weiteren Fragen und für nähere Informationen wenden Sie sich an Prof. Dr. Günter Mayer Universität Bonn Life and Medical Sciences Institute (LIMES) Gerhard-Domagk-Str Bonn gmayer@uni-bonn.de 0178/

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