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Kaiserslauterer iGEM-Team forscht für saubereres Abwasser
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Wie eine Grünalge lernt, Mikroschadstoffe zu entschärfen

Diclofenac aus Schmerzmitteln entfaltet, sobald es ins Abwasser gelangt, eine umweltgefährdende Wirkung. Den Mikroschadstoff zu stoppen, bevor er sich in wässrigen Lebensräumen anreichern kann, ist die Mission des 2020er iGEM-Teams der TU Kaiserslautern (TUK). Dank verändertem Erbgut sollen die als Modellorganismus genutzten Grünalgen künftig auch Laccasen produzieren. Diese Enzyme können Diclorfenac ebenso wie chemisch ähnliche Mikroschadstoffe in Wasser oxidieren. Das besonders Gute an diesem biologischen Reinigungssystem: Die Abbauprodukte sind komplett unschädlich für die Umwelt.

Von Unispectrum live • Julia Reichelt

Linda Müller und Helena Schäfer studieren Biophysik und Biologie. Ende letzten Jahres sind beide durch die Infoveranstaltungen des 2019er iGEM-Teams der TUK zur Teilnahme am studentischen Wettbewerb motiviert worden. Linda Müller war bereits von der Thematik rund um Mikroschadstoffe und Abwasserreinigung fasziniert und brachte entsprechendes Vorwissen mit. Helena Schäfer will ihr wachsendes biologisches Know-how nutzen, um an der Schnittstelle zwischen Mensch, Gesundheit und Umwelt zu forschen und so gesellschaftlich etwas Positives zu bewirken. Das passt perfekt zur Vision des iGEM-Wettbewerb, der Studierenden eine Plattform bietet, um mithilfe der Synthetischen Biologie Lösungen für die allgegenwärtigen Herausforderungen in der Welt zu entwickeln. Jedes Jahr nehmen rund 6 000 Jungwissenschaftler*innen teil, die iGEM-Community wächst zunehmend.

Ein Projekt von A bis Z selbstständig abwickeln

Als die Kaiserslauterer Studentinnen Feuer gefangen hatten, war klar: „Wir brauchten ein größeres Team, um nicht nur die Forschung im Labor, sondern auch alle anderen Projektaufgaben bewältigen zu können“, so Müller. „Und als das Team feststand, haben wir gemeinsam über ein konkretes Forschungsthema abgestimmt.“ Insbesondere die große Entscheidungsfreiheit – die Studierenden legen selbst fest, was sie erreichen wollen und wie sie dabei vorgehen, habe sie an iGEM begeistert. Ihre Teamkollegin Schäfer verweist ergänzend auf die Chancen zur persönlichen Weiterentwicklung: „Ich habe schon viel Neues gelernt. Zum Beispiel, wie man Sponsoring-Gelder einwirbt", sagt die Biologiestudentin. „Darüber hinaus führen wir gerade ein komplettes wissenschaftliches Projekt organisatorisch von Anfang bis Ende eigenständig durch.“ Die anfängliche Unsicherheit „Wir haben ein Team, ein Thema und was nun?“ ist längst verflogen.

Nach einem erfolgreichen „Recruiting-Prozess“ besteht das 2020er iGEM-Team der TUK aus zehn Mitgliedern. In diversen Untergruppen – Labor, Technik, Sponsoring, Eventplanung, Social Media usw. – organisiert, arbeiten die Studierenden unter Hochdruck an ihrem Projekt, denn im November steht die Abschlusspräsentation an. Corona-bedingt wird diese ausnahmsweise nicht in den USA, sondern virtuell stattfinden. 2019 waren die Teams noch persönlich ans renommierte Massachusetts Institute of Technology (MIT) eingeladen worden. Dort hat die iGEM-Organisation ihren Sitz.

„Chlamy“ fit für die Abwasserreinigung machen

Im Rahmen der Forschungsarbeit nutzen die Studierenden den bereits durch ihr Vorgängerteam erprobten Modellorganismus Chlamydomonas reinhardtii, eine einzellige Grünalge. „Mein Laborteam „Chlamy“ erweitert das Erbgut der Alge, damit die Einzeller – zusätzlich zu den Stoffen für ihren Eigenbedarf – auch Laccase produzieren“, erläutert Müller. „Laccasen sind Enzyme, die phenolhaltige Substrate wie Diclofenac chemisch modifizieren können. Genauer gesagt, katalysieren sie eine Reaktion, bei der zunächst ein Elektron abgezogen wird. In der Folge bindet das Diclofenac ein negativ geladenes OH-Ion und ist somit entschärft. Mithilfe der Elektronen wird parallel dann Sauerstoff zu Wasser reduziert.“ Laccasen werden übrigens bereits in vielfältiger Weise als Biokatalysatoren industriell eingesetzt – zum Beispiel beim Bleichen von Textilien oder Papier.

Ultimatives Ziel des iGEM-Teams ist es, die schadstoffzersetzenden Algen in einem Bioreaktor, also einem kontrollierten System, zu kultivieren. Damit wäre beispielsweise der Einsatz in Kläranlagen möglich. „Ein Filtersystem stellt dabei sicher, dass nur die Flüssigkeit mit der produzierten Laccase ins Abwasser gelangt und nicht die Alge selbst“, ergänzt Müller.

iGEM ist ein Teamsport

Neben Laborarbeit haben die zehn Teammitglieder auch Öffentlichkeitsarbeit, Veranstaltungen wie Experteninterviews, Netzwerkarbeit in der iGEM-Community, regelmäßige Projektberichterstattung und vieles mehr auf ihrer To-Do-Liste stehen. Denn am Ende des Tages geht es darum, möglichst viele „Credits“ durch erreichte Meilensteine oder erledigte Projektaufgaben zu bekommen – und den anderen Teams zu helfen ebenso ihrem Projektziel näherzukommen. Wenn es dann noch gelingt, die Jury mit einer fachlich und vortragsseitig gelungenen Abschlusspräsentation zu überzeugen, hoffen die Kaiserslauterer Studierenden, dass sie an die sehr gute Leistung des 2019er iGEM-Teams der TUK anknüpfen können. Im Wettstreit stehen sie dabei nicht: „Wir sind unserem Vorgängerteam wie auch unseren Dozentinnen und Dozenten extrem dankbar“, sind sich Schäfer und Müller einig. „Sie alle haben uns von Anfang an hervorragend motiviert und fachlich unterstützt.“

Die Forschung im Labor bildet das Herzstück des studentischen Projekts. Abgebildet sind Helena Schäfer (links) und Emily Becker.

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Bild des Benutzers Julia Reichelt
Erstellt
am 20.08.2020 von
Julia Reichelt

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