Die gläserne Zelle – Mikroorganismen verlieren letzte Privatsphäre

Ein Drittel aller Lebensmittel wird heute mithilfe von Mikroorganismen produziert. Darüber hinaus setzt man die Kleinstlebewesen dazu ein, um zum Beispiel Antibiotika zu produzieren oder Enzyme für Waschmittel herzustellen. Damit Zellen optimal arbeiten, ist eine regelmäßige Kontrolle des Stoffwechsels der Organismen unabdingbar. Unter Leitung von Thomas Bley, Professor für Bioverfahrenstechnik an der Technischen Universität Dresden, haben Wissenschaftler an seiner Professur jetzt gemeinsam mit dem Görlitzer Unternehmen Cytecs ein Verfahren entwickelt, mit dem der Zustand sowie Stoffwechselvorgänge von Zellen schnell und präzise überprüft werden können (Online Flow Cytometry).

Von besonderem Interesse sind dabei die Analysen von Mikroorganismen während der industriellen Produktion von Substanzen in großen Bioreaktoren. Darin produzieren Bakterien oder Hefen in einer wässrigen Nährlösung beispielsweise Ethanol oder Zitronensäure. Gibt es allerdings zu wenig Nährstoffe, sind Temperatur oder pH-Wert nicht optimal, verlangsamen die Zellen ihren Stoffwechsel. Dasselbe passiert bei zu viel Nahrung. Dann werden sie träge und verringern ebenso die Ausbeute der Produktion. Mit dem von Professor Bley entwickelten Verfahren kann jederzeit gemessen werden, ob ideale Bedingungen für die jeweiligen Zellen herrschen.

Durch die neue Technologie – basierend auf Laserstrahlen und Fluoreszenzen – können die Forscher jetzt bis in kleinste Dimensionen der Stoffwechselvorgänge einer Zelle vordringen und diese gezielt steuern und beeinflussen. Mithilfe des neuen Gerätes lässt sich sogar feststellen, welche Enzyme in den Zellen gerade aktiv sind oder welcher Teil des Erbguts (DNA) kopiert wird. Der Vorteil des von Professor Bley mit seinen Görlitzer Partnern entwickelten Gerätes liegt außerdem in seiner Größe. Vergleichbar mit den Ausmaßen eines PCs kann es unkompliziert transportiert werden.

Das Verfahren wird auch eingesetzt, um die Kultivierung von Pflanzenzellen in Bioreaktoren zu optimieren – ein weiteres Forschungsprojekt von Professor Bley. In Japan gewinnt man so beispielsweise den roten Farbstoff einer Gebirgspflanze (Lithospermum), um ihn in der Kosmetikindustrie zu verarbeiten. In Deutschland arbeitet man an der Kultivierung von Zellen der Eibe in Bioreaktoren zur Therapie von Krebs, da dieser Baum in der Natur sehr langsam wächst.

Pflanzliche Zellen fernab ihrer natürlichen Umgebung wachsen zu lassen, ist weitaus schwieriger als beispielsweise Mikroorganismen. Bei diesem von der EU geförderten Projekt soll in Kooperation mit bulgarischen Wissenschaftlern und Dresdner Pflanzenphysiologen der Vorgang untersucht und optimiert werden, wie natürliche Wirkstoffe aus Pflanzenzellen in Bioreaktoren gewonnen werden können. Sind einmal die entsprechenden Produktionsbedingungen geschaffen, dann nimmt zum einen die Reinheit der Wirkstoffe zu. Zum anderen teilen sich die Pflanzenzellen schneller als unter natürlichen Bedingungen. Dadurch könnte die Umwelt geschont und Verfahrenskosten erheblich reduziert werden.

Weitere Informationen: Prof. Dr. rer. nat. habil. Thomas Bley, Tel. 0351 463-32420/-37549, E-Mail: thomas.bley@tu-dresden.de