iGEM-Team 2013

Marburger Bachelor- und Master-Studierende aus den Fachbereichen Biologie, Chemie und Medizin haben sich in diesem Jahr wieder zu einem Team zusammengeschlossen, um an dem iGEM -Wettbewerb (international genetically engineered machine competition) 2013 teilzunehmen.

 Organisiert wird dieser Wettbewerb seit 2003 vom Massachusetts Institute of Technology (MIT). Die Studententeams arbeiten an ihren eigenen Universitäten, bekommen einen Satz mit biologischem Material zu Beginn des Sommers gestellt und benutzen diesen und weitere Bauelemente, die sie selber gestaltet haben, um biologische Systeme aufzubauen und sie in lebende Zellen einzubinden. Dieses Wettbewerbsformat ist außerordentlich motivierend und effektiv, denn Studierende können sich schon früh mit aktuellen Methoden und Fragestellungen der Synthetischen Biologie auseinandersetzen.

Im Jahr 2011/ 2012 bildete die Philipps-Universität Marburg ihr erstes iGEM-Team. Ihr Projekt bestand darin, eine Rekombinierungs-Maschine zu designen, mit deren Hilfe neue Proteinkombinationen zusammengesetzt werden können. Mit dieser Idee gewannen sie beim europäischen Vorentscheid in im Herbst 2012 in Amsterdam eine Bronze-Medaille. (siehe Webseite des Wettbewerbs 2012 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Das Marburger iGEM Team 2013

 

Das Projekt 2013: PHAECTORY

iGEM steht für international Genetically Engineered Machine und ist ein internationaler, nicht-kommerzieller Wettbewerb der synthetischen Biologie, der sich an untergraduierte Studenten richtet.

Die synthetische Biologie lässt sich als Grenzgebiet der Biologie, der Chemie, der Informationstechnik sowie der Ingenieurswissenschaft definieren. Dieses relativ neue Fachgebiet hat sich das Ziel gesetzt biologische Systeme mit neuen, definierten Eigenschaften zu entwerfen, die mit Komponenten ausgestattet sind, die so in der Natur nicht vorkommen. Um neue biologische Systeme zu entwickeln werden unterschiedliche Strategien verfolgt: Zum einen können künstliche, biochemische Systeme in lebenden Organismen integriert werden, um den bestehenden Organismus wie gewünscht zu modifizieren. Außerdem können biologische Systeme auf minimale Komponenten, die für die Überlebensfähigkeit notwendig sind, reduziert werden. Denkbar wäre auch der Aufbau eines biologischen Systems aus künstlichen Molekülen bis hin zur lebensfähigen Protozelle.

In unserem Projekt haben wir uns zum Ziel gesetzt, mittels der synthetischen Biologie,  die Entwicklung verbesserter Medikamente zu ermöglichen. Zusätzlich sollen Fortschritte im Umweltschutz erreicht werden und neuartige Zellbiofabriken hergestellt werden. Die meisten verwendeten Zellbiofabriken bestehen aus Bakterien oder Pilzen. Ein entscheidender Nachteil dieser Bioreaktoren ist, dass die Produzenten von dem umgebenden Medium leben und nicht nur die gewünschten Produkte ins Medium abgeben, sondern auch Ausscheidungen und Proteine/Enzyme, die im Stoffwechsel entstehen bzw. als Abwehr gegen andere Mikroorganismen produziert werden. Das bedeutet, dass die gewünschten Produkte anschließend aus dem Medium isoliert werden müssen und in einer zeitaufwändigen und kostenintensiven Aufreinigung bis zur gewünschten Qualität bearbeitet werden müssen.

Ein alternatives System, welches die oben genannten Nachteile nicht besitzt, ist die Verwendung von Pflanzen als Bioreaktoren. Pflanzen sind photosynthetisch aktiv und benötigen nur Wasser und Sonnenlicht zum Überleben. Die Mikroalge Phaeodactylum tricornutum, welche in limnischen und marinen Gewässern weit verbreitet ist, soll im iGEM-Wettbewerb als neuer Modellorganismus (Chassis) etabliert werden sowie als Bioreaktor zur Herstellung von Antikörpern gegen das Hepatitis B Virus verwendet werden. Es konnte bereits in einigen Publikationen gezeigt werden, dass die Alge in der Lage ist, hochwertige Produkte wie komplexe Proteine oder sogar Antikörper herzustellen und diese direkt in das reine Medium zu sekretieren. Da das Medium, in dem Phaeodactylum tricornutum lebt, sehr rein ist und die Alge keine weiteren Proteine sekretiert, müssen die hergestellten Produkte nicht aufgereinigt werden.

Weiterhin bietet Phaeodactylum tricornutum eine Plattform zur Produktion von abbaubaren Kunststoffen wie PHB (Poly-3-hydroxybutyrat). Auch die Produktion von Spinnseide, einem Material mit hoher Reißfestigkeit, wurde bereits untersucht.

Mit Hilfe dieser pflanzlichen Zellfabrik (Phaectory) ist es möglich, Antikörper in großen Mengen und kostengünstig zu produzieren. Die Reaktion wird durch Sonnenlicht angetrieben und ist kohlenstoffdioxid-neutral. Um den Stellenwert der Mikroalge aufzuzeigen, produzieren wir exemplarisch monoklonale Antikörper, die im medizinischen Sektor in Diagnostik und Therapie eingesetzt werden. Hierbei produzieren wir einen humanen IgG Antikörper der gegen das Hepatitis B Virus wirkt und leicht aus der Alge aufgereinigt werden kann.

Mit Hilfe der Mikroalge Phaeodactylum tricornutum möchten wir somit eine effiziente und kostengünstige Methode zur Herstellung von Arzneistoffen ermöglichen. Hierfür werden wir alle notwendigen Bestandteile der Alge in den BioBrickTM-Standard setzen, um Forschern in aller Welt die Arbeit mit Phaeodactylum tricornutum zu ermöglichen.

Referenzen

Hempel F, Maier UG (2012) An engineered diatom acting like a plasma cell secreting human IgG antibodies with high efficiency. Microbial Cell Factories, 11:126

Hempel F, Lau J, Klingl A, Maier UG (2011) Algae as protein factories: Expression of a human antibody and the respective antigen in the diatom Phaeodactylum tricornutumPlos One, 6(12): e28424

Hempel F, Bozarth A, Lindenkamp N, Klingl A, Zauner S, Linne U, Steinbüchel A, Maier UG (2011) Microalgae as bioreactors for bioplastic production. Microbial Cell Factories, 10:81

Bozarth AS, Maier UG, Zauner S (2009) Diatoms in biotechnology: modern tools and applications. Appl Microbiol Biotechnol 82(2):195-201

Hempel F, Maier UG (2012) Solarbetriebene Mikrofabriken aus dem Meer. BIOforum, 35 (2): 17-19

 Lucas Schneider, iGEM Team 2013

Ablauf des Wettbewerbs

Pro teilnehmende Universität bildet sich ein Team aus mehreren Studenten und mindestens einem Professor oder einer Professorin. Als erstes erfolgt eine Projektplanungsphase und danach beginnt die eigentlichen Labor- und Öffentlichkeitsarbeit.

Die Fortschritte des Projektes werden kontinuierlich in einem offenen digitalen Lexikon dokumentiert. Der regionale Vorentscheid für alle Teams aus Europa findet vom 11. bis 13. Oktober 2013  in Lyon, Frankreich statt. Die Bewertung erfolgt in über 20 Kategorien und es werden Bronze-, Silber- und Gold-Medaillen verliehen. Die besten Teams treten beim weltweiten Finale gegeneinander an. Dieses findet am 1. bis 4. November 2013 am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston, Amerika statt

Die Vorbereitungen für die nächste Runde des iGEM Wettbewerbs 2013 in Lyon, Frankreich laufen auf Hochtouren. 

 Download  iGEM-Flyer > >

Deutsch Englisch

 

Zur offiziellen Webseite des iGEM-Teams > > > Wiki 2013

 

 

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