Riesenerfolg mit künstlichen Genschaltern – Heidelberger Studenten punkten bei internationalem Wettbewerb

Außerdem erhielten das Team unter der Leitung von Professor Roland Eils vom Deutschen Krebsforschungszentrum und der Universität Heidelberg Preise für den besten neuen technischen Standard und für den besten Internetauftritt. Damit ließen die Heidelberger sämtliche Teams aller Spitzenuniversitäten aus den USA und Asien hinter sich.

iGEM – dieses Kürzel steht für den weltweit bedeutendsten Studentenwettbewerb in synthetischer Biologie, die „International Competition of Genetically Engineered Machines“. Über 110 Teams der weltbesten Universitäten mit insgesamt mehr als 1100 Studenten hat der bedeutendste Wettbewerb in diesem jungen und zukunftsträchtigen Wissenschaftszweig am vergangenen Wochenende nach Boston gelockt.

Heidelberg schaffte es dort auf einen sensationellen zweiten Platz in der Gesamtwertung und wurde nur vom Team aus Cambridge (UK) übertroffen, das sich den ersten Gesamtpreis sicherte. Außerdem konnten sich die Heidelberger den Preis für den besten neuen technischen Standard und den besten Internetauftritt sichern. Bereits im letzten Jahr hatte das Heidelberger Team gleich bei seiner ersten Teilnahme drei Spezialpreise gewonnen, wurde daher dieses Jahr von Anfang an als Favorit gehandelt und konnte dieser Rolle tatsächlich souverän gerecht werden.

Ähnlich wie bei der Konstruktion eines Flugzeugs aus verschiedenen vorgefertigten Bauteilen verwendet die synthetische Biologie einfache Gen-Bausteine und kombiniert diese zu neuen komplexen Systemen mit bestimmten Funktionen. Die Heidelberger hatten sich dieses Jahr ein besonders ehrgeiziges Ziel gesetzt: Statt mit vergleichsweise einfach strukturierten Bakterien zu arbeiten, versuchten sie sich am Design künstlicher Genschalter für Säugetierzellen. „Die Arbeit mit Säugetierzellen ist für uns in Heidelberg besonders wichtig, um die Methoden der synthetische Biologie auch auf die Krebsforschung ausweiten zu können“, erklärt Projektleiter Roland Eils. Mit dem preisgekrönten Projekt haben die Heidelberger Wissenschaftler einen wesentlichen Grundstein gelegt, um die Konzepte der synthetischen Biologie auch auf Zellen des Menschen zu übertragen.

Genschalter, wissenschaftlich Promotoren genannt, spielen eine zentrale Rolle bei der Steuerung aller Aktivitäten einer Zelle und stehen daher auch im Mittelpunkt des Interesses der synthetischen Biologie. Als Genschalter werden Bereiche im Erbgut bezeichnet, die eine ganze Reihe von Andockstellen für verschiedene Steuerungsproteine enthalten. Binden sich diese Proteine an die vorgesehenen Andockstellen, so ändert sich die Erbgutstruktur und das betreffende Gen kann abgelesen werden. Promotoren steuern, wann und in welchem Zelltyp das jeweilige Gen abgelesen wird. Gezieltes An- und Abschalten eines spezifischen Gens eröffnet somit die Möglichkeit, gezielt in zelluläre Signalwege einzugreifen, z.B. um fehlgeleitete Prozesse in Krebszellen zu korrigieren.

Die 13 Teilnehmer des Heidelberger Teams arbeiten seit Februar in Laborräumen des BioQuant-Instituts am „Spybricks“-Projekt. Zunächst war das Ziel der Studenten, neue Promotorensequenzen nach dem Zufallsprinzip zu generieren und zu erproben, wie stark diese neu geschaffenen Schalter ein Gen aktivieren können. Dazu entwickelte das Team ein neues chemisches Syntheseverfahren, bei dem von jedem Ansatz gleich mehrere DNA-Sequenzen hergestellt werden, die sich in der Abfolge ihrer Einzelbausteine leicht unterscheiden. Anschließend wurden die verschiedenen Versionen in der Zelle auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft. In einem weiteren Teilprojekt gestaltete das Heidelberger Team computergestützt solche Promotoren, an die ganz bestimmte Steuerungsproteine andocken können. Damit sollen Genschalter geschaffen werden, die nur auf genau definierte Stimuli der Zelle reagieren. Auch hier konnten die Heidelberger Wettbewerbsteilnehmer die Funktion der Schalter bereits an Zellexperimenten überprüfen.

Die Sequenzen aller neu synthetisierten Genschalter wurden in einer Bibliothek zusammengestellt, die eine Art „biologischen Baukasten“ bildet, auf den nun alle Wissenschaftler aus dem Bereich der synthetischen Biologie zugreifen können.

Das „Spybricks“-Projekt sowie die Promotoren-Bibliothek findet sich im Internet unter: http://2009.igem.org/Team:Heidelberg