Kostproben aus der "Gesundheitsforschung für übermorgen"
Die vier großen deutschen Forschungsorganisationen Fraunhofer-Gesellschaft, Helmholtz-Gemeinschaft, Max-Planck-Gesellschaft und Leibniz-Gemeinschaft haben sich bereits 2010 auf ein Memorandum of Understanding verständigt, um die Weiterentwicklung einer neuen Generation biotechnologischer Verfahren voranzutreiben. Bei einem Informationsabend am 6. Juli in Berlin stellten die Organisationen nun einige Top-Projekte aus ihren Ideenschmieden vor. Die innovativen Verfahren reichen vom molekularen Enzymbaukasten über die zellfreie Proteinherstellung hin zur Genomschere gegen schlummernde HI-Viren. Bei einer Podiumsdiskussion ging es darum, die vielversprechenden Wege für die Gesundheitsforschung von übermorgen zu benennen.
Ingenieurswissenschaften und Biomedizin miteinander verzahnen, das ist eines der Leitmotive für die Entwicklung einer neuen Generation biotechnologischer Verfahren. Forscher vom Helmholtzzentrum in Jülich hatten für ihren Ausstellungsstand denn auch ein besonders anschauliches Beispiel gewählt, um ihre neuesten Tüfteleien darzustellen.
In Blaumännern waren die Biotechnologen vom Forschungszentrum Jülich erschienen, um an einem überdimensioniertem Enzym herumzuschrauben.Quelle: F. Dahnke/Biocom
Das Team Wolfgang Wiechert war in Blaumännern erschienen und hantierte an einem mechanischen Modell ihres Hauptstudienobjekts: Ein Enzym, das die Forscher auf das Format eines Bierfasses vergrößert hatten. „Der Deckel mit Bohrloch symbolisiert die Substratbindestelle im Enzym“, erläutert Robert Westphal, Doktorand am Jülicher Institut für Bio- und Geowissenschaften. Nur eine bestimmte Schraube kann exakt in eine Bohrung im Deckel eingepasst werden. „Die Schraube symbolisiert das Substrat“, so Westphal. Aufbauend auf Computersimulationen entwickeln die Forscher maßgeschneiderte Enzyme im Labor, die nicht nur bei der Produktion von Medikamenten bedeutsam sind. Die Enzymtoolbox soll auch im Zukunftsfeld „Grüne Chemie“ zum Einsatz kommen, also wenn es darum geht, aus nachwachsenden Rohstoffen neue chemische Substanzen herzustellen.
Genomische Schere gegen HIV schärfen
Forscher des Max-Planck-Instituts für Molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden wiederum stellten im Spreepalais einen Ansatz vor, bei dem bestimmte Enzyme als genomische Scheren zum Einsatz kommen.
Die Max-Planck-Gesellschaft stellte genomische Scheren als Heilmittel für HIV-infizierte Zellen vor.Quelle: F. Dahnke/Biocom
Die sogenannten Rekombinasen haben die Forscher um Frank Buchholz darauf getrimmt, dass sie fortan Erbsubstanz des HI-Virus in infizierten Immunzellen der Patienten erkennen und herausschneiden können- eine wichtige Voraussetzung, um die HIV-Patienten dereinst wirklich zu heilen. „In der Zellkultur klappt unser Ansatz bereits, derzeit erproben wir das Verfahren im Mausmodell“, erläutert Janet Chusainow vom Dresdner MPI. Fraunhofer-Forscher vom Institut für Biomedizinische Technik in Potsdam stellten im Spreepalais neue Verfahren vor, mit denen sich Proteine im Labor herstellen lassen, ohne dass dazu Zellen nötig sind. Die Forscher arbeiten an zellfreien Systemen, mit denen sich Eiweißmoleküle aller Couleur künftig rasch und möglichst ressourcenschonend produzieren lassen. Forscher vom Leibnizinstitut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie in Jena wiederum stellten vor, wie sie dank mikrofluidischer Chips Mikroorganismen in unerreichter Geschwindigkeit auf bestimmte Eigenschaften hin durchforsten können. In den winzigen Reaktionskammern lassen sich bisher nur ansatzweise erforschte Mikroben darauf untersuchen, ob sie etwa neuartige Antibiotika absondern.
Schaltbare Polymeroberflächen waren eines der Themen bei der Ausstellung der Leibniz-Gemeinschaft.Quelle: F.Dahnke/Biocom
Manfred Stamm vom Leibniz-Institut für Polymerforschung in Dresden präsentierte Oberflächen, die mit schaltbaren Polymeren beschichtet wurden: „Diese Beschichtung ist je nach Wunsch entweder wasserliebend oder wasserabweisend. Damit ließe sich vielleicht einmal Regenkleidung beschichten“, so Stamm. „Wenn die wasserabweisende Jacke gewaschen werden soll, kann man die Oberfläche auf ‚benetzbar’ umschalten.“ Bei einer anschließenden Podiumsdiskussion erläuterten führende Wissenschaftler der vier Forschungsorganisationen ihre Visionen für die Biotechnologie der nächsten Generation. Stefan Kubick vom Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik sagte zu seinen Forschungsarbeiten an zellfreien Proteinsynthese-Systemen: „Wir lösen uns von lebenden Zellen als Produktionssystem und haben damit die Möglichkeit, ohne Gentechnik zum Beispiel Antikörper herzustellen“, so Kubick. Gerade die EHEC-Epidemie in Deutschland hätte gezeigt, das es hierbei neue und rasche Alternativen bei der Herstellung brauche.
Sprache der Bakterien entschlüsseln
Der Jülicher Forscher Wolfgang Wiechert betonte, der Trend gehe dahin, in chemischen Prozessen immer mehr biologische Schritte in chemische Synthesen einzuflechten. „So kommen wir weg von der Rohstoffbasis Erdöl hin zu einer Grünen Chemie“. Axel Brakhage, Direktor des Leibniz-Instituts für Naturstoffforschung und Infektionsbiologie in Jena machte deutlich, wie wichtig neue Screening-Verfahren sind, um in der Natur schlummernde antibakterielle Wirkstoffe aufzuspüren. „Die Pipeline der Pharmahersteller für neue Antibiotika ist ziemlich leer, wir müssen sie wieder anbohren“, so der Mikrobiologe. „Dazu ist es nötig, die Sprache der Mikroben zu entschlüsseln, also die Moleküle, mit denen die Organismen kommunizieren“. Zellfreie Produktionssysteme könnten Brakhages Ansicht zufolge eine große Rolle dabei spielen, ganz neue Wirkstoffklassen zu entwickeln. Der Karlsruher Technikphilosophieprofessor Mathias Gutmann sagte, der Mensch sei immer schon ein technisches Wesen gewesen, den Gegensatz zum Natürlichen habe es nie gegeben.
Ihre Visionen einer zukünftigen Gesundheitsforschung stellten führende Forscher in einer Podiumsdiskussion vor.Quelle: F.Dahnke/Biocom
So führe die Annahme, etwas Biologisches sei immer auch umweltfreundlich, in die Irre. Gutmann merkte an, gerade Biologen würden gerne Metaphern verwenden, um Dinge begreifbarer zu machen. „Allerdings haben Metaphern immer eine aufschließende und eine verstellende Wirkung“, so der Wissenschaftler vom Karlsruher KIT. An Zuckerketten für den Einsatz in der Medizin arbeitet Peter Seeberger, Direktor am Potsdamer MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung. Der Chemiker hat bereits mehrere Generationen eines Synthese-Automaten entwickelt, der Zuckerbausteine maßgeschneidert zusammensetzt. „Sie eignen sich für den Einsatz in Impfstoffen und für die Diagnostik“. Seeberger hatte für die Podiumsdiskussion seinen Rucksack voll mit farbenfrohen Plüschtieren gepackt- symbolisch für die große Anzahl an Krankheitserregern wie Streptokokken, Chlamydien oder Malaria-Parasiten, die die Potsdamer ins Visier ihrer Forschungsbemühungen genommen haben.
Interdisziplinäre Zusammenarbeit großgeschrieben
Gleich mehrere der Podiumsteilnehmer betonten, wie bereichend die Zusammenarbeit von Biowissenschaftlern und Ingenieurswissenschaftlern in ihren Arbeitsgruppen bereits sei. „Trotzdem sind diese Disziplinen noch recht weit voneinander weg. Sie von der Denkweise miteinander zu verzahnen verläuft nicht problemlos“, so Wiechert, „wir wollen das trotzdem beschleunigen“. Obwohl die Zusammenarbeit der verschiedensten Fachgebiete bei der Entwicklung neuer biotechnologischer Verfahren groß geschrieben ist, so gaben Forscher wie der Zuckerchemiker Peter Seeberger den Rat, sich während des Hochschulstudiums nicht zu verzetteln. „Anstatt unzählige Kurzpraktika zu machen sollte man sich lieber auf ein Gebiet konzentrieren und da richtig gut drin sein“, lautet Seebergers Tipp. Auch Mathias Gutmann betonte, Disziplinarität in der Ausbildung sei wichtig, um später erfolgreich interdisziplinär zusammenarbeiten zu können.
