Molekulares Speed Dating im Kampf gegen Pathogene.
Wir, das diesjährige iGEM-Team aus Bielefeld, entwickeln ein System zur Generierung und gezielten Selektion der von uns als Evobodies benannten Bindeproteine.
iGEM steht für international Genetically Engineered Machine und ist der renommierteste nicht kommerzielle Wettbewerb der synthetischen Biologie, welcher in Boston ausgetragen wird.
Unsere Evobodies sind antikörperähnliche Proteine, die in
einem gerichteten Evolutionsprozess Affinität zu einem Zielprotein
entwickeln. Daraus folgt auch der Name Evobody:
Evolution + Antibody (englisch für Antikörper) = Evobody
Als Organismus zur Generierung setzen wir auf Escherichia
coli, ein beliebtes Bakterium in der synthetischen Biologie.
Gerichtete Evolution bedeutet in diesem Kontext, dass in unserem
System solche Bakterien besonders gut wachsen sollen, die bindende
Evobodies gegen ein Zielprotein entwickeln. Um dieses Konzept
umzusetzen, haben wir unser Team in drei "Taskforces" unterteilt,
also in Untergruppen, mit eigenem Aufgabengebiet.
So kümmert sich die Bibliotheks-Taskforce um die Bildung von
DNA-Sequenzen, also quasi Bauplänen, für Evobodies mit
randomisierten variablen Regionen. Dies stellt den Ausgangspunkt
des Projekts dar und garantiert eine große Vielfalt an
Evobodies.
Bei der Mutations-Taskforce ist der Name Programm: Ziel ist das
Einbringen einer fehleranfälligen Polymerase I, welche die Sequenz
der Evobodies beim Replizieren leicht verändert und somit für
eine noch größere Variabilität dieser sorgt.
Schließlich werden genau die Bakterien herausgefiltert, die einen
Evobody generieren, welcher eine Bindung zum Zielprotein
ausgebildet hat. Dies wird von der Selektions-Taskforce in Angriff
genommen. Bei erfolgreicher Bindung wird ein Gen abgelesen, welches
dem Bakterium einen Wachstumsvorteil verleiht. So setzen sich auf
Dauer nur solche Bakterien mit einem funktional Evobody durch.
Am Ende des Systems gilt es dann, die DNA-Sequenz der funktionalen
Evobodies zu ermitteln um sie für industrielle Produktion
bereitzustellen. Testen möchten wir unser System zunächst mit
einem Hüllprotein des Zika-Virus.
Viren verändern sich rapide. Da sie schnell sowohl von Mensch
zu Mensch, als auch zwischen Menschen und Tieren übertragen
werden, kann dies eine große Gefahr für die gesamte Bevölkerung
darstellen.
Unser Ziel ist es Viren einen Schritt voraus zu sein, indem wir ein
neuartiges System zur schnellen Anpassung von Proteinen mit
Antikörperfunktion an Zielproteine, wie virale Hüllproteine,
entwickeln. So erstellte Bindeproteine können dann ganz einfach in
großem Maßstab hergestellt werden und zur Detektion und Therapie
vieler Krankheiten dienen.
Vor nicht einmal einem Jahrhundert hat die spanische Grippe um
die 50 Millionen Menschenleben gekostet. Der verantwortliche Virus
war ein Vertreter der Grippe-Viren und es brauchte Jahre, die
Ausbrüche unter Kontrolle zu kriegen. Durch die hohe Mutationsrate
kann ein solcher Anstieg in der Letalität eines Virus jederzeit
stattfinden.
Mit unserem Projekt möchten wir dazu beitragen, neuentstandene
oder modifizierte Viren schnell erkennen und bekämpfen zu können.
Erreichen möchten wir dies durch ein Werkzeug für Medizin und
Forschung zur Generierung unserer Evobodies. Die Evobodies könnten
durch Generierung in Bakterien zudem nicht nur schneller und
günstiger bereitgestellt werden als reguläre Antikörper. Sie
müssen auch nicht in Tieren immunisiert werden, welche bei der
Ernte der Antikörper ihr Leben verlieren.
Die Teilnahme am Wettbewerb und die Reise nach Boston müssen von uns selbst finanziert werden. Hilfe kriegen wir durch Sponsoren, die entweder Gelder oder Laborutensilien beisteuern, doch auch diese müssen erstmal gefunden werden. Gelder, welche wir bei Startnext einnehmen, werden verwendet, um auch wirklich alle Mitglieder nach Boston schicken zu können, für den Aufenthalt dort, sowie Verbrauchsmaterialien im Labor.
Wir sind elf junge und engagierte Bachelor- und
Masterstudierende der Universität Bielefeld aus den Studiengängen
Biochemie, Bioinformatik und Genomforschung, Genombasierte
Systembiologie und Molekulare Biotechnologie. Wir bilden das
diesjährige Bielefelder iGEM-Team.
An dem von der iGEM Foundation (Boston, USA) ausgerichteten
Wettbewerb treten jährlich Studierende aus aller Welt an. Dieses
Jahr nehmen 304 Teams aus 30 Ländern teil. Die Teilnahme bietet
uns die Chance, uns in vielen Bereichen weiterzuentwickeln und
Neues zu erlernen. Zusätzlich haben wir die Möglichkeit, den
Hochschul- und Wissenschaftsstandort Deutschland auf globaler Ebene
vertreten zu können, was den Bielefelder Teams der Jahre 2010 bis
2015 bisher immer durch große Erfolge gelungen ist. Wir Studenten
arbeiten dabei gänzlich freiwillig und abseits unseres Lehrplans
an diesem zeitaufwendigen Projekt, das völlig eigenständig
geplant und durchgeführt wird.
