Wochenrückblick KW 52
RWE kooperiert mit BRAIN bei CO2-Verwertung durch Mikroben
Kohlendioxid aus Rauchgas mit Hilfe von getunten Mikroben in Biomasse oder direkt zu Wertstoffen umwandeln: Das ist das Ziel einer neuen Forschungskooperation, die der Stromerzeuger RWE Power und das Biotech-Unternehmen BRAIN AG am 4. Januar vermeldet haben.
Der Stromproduzent und das Biotechnologie-Unternehmen aus dem hessischen Zwingenberg wollen Mikroorganismen züchten und mit ihnen innovative CO2-Umwandlungs- und Synthesewege erforschen. Die CO2-haltigen Rauchgase aus Braunkohlenkraftwerken sollen das "Futter" für sogenannte Designer-Mikroben mit neuartigen Eigenschaften sein.
Aus dem Klimagas Kohlendioxid soll Biomasse entstehen, aber auch industriell nutzbare Produkte wie neue Biomaterialien, Bio-Kunststoffe und chemische Zwischenprodukte. Neben Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten in Zwingenberg soll auch eine Versuchseinrichtung im Innovationszentrum Kohle von RWE Power am Kraftwerksstandort im nordrhein-westfälischen Niederaußem angesiedelt werden.
Die BRAIN AG verfügt über Sammlungen mit bislang unbekannten Mikroorganismen sowie Millionen neuartiger Enzyme und Synthesewege. Aufbauend auf diesem "Werkzeugkasten der Natur" sollen Technologien der Synthetischen Biologie die Konstruktion von Mikroorganismen ermöglichen, mit denen sich neuartige Wege zu Produkten und Materialien aus CO2 zusammenstellen lassen. Im Zuge der Kooperation werden solche aufgerüsteten Mikroorganismen entwickelt und erforscht. Ziel: Die Mikroorganismen sollen durch neue und optimierte Stoffwechselwege ("Pathway-Engineering") Kohlendioxid effizienter verstoffwechseln als ihre natürlichen Verwandten.
"Wir wollen unser Spektrum im Bereich CO2-Umwandlung mittels Biotechnologie stetig erweitern und neben der Kohlendioxid-Reduzierung und -Speicherung weitere Optionen für intelligente Nutzungsmöglichkeiten erarbeiten“, sagt Johannes Lambertz, Vorstandsvorsitzender von RWE Power.
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"Durch den gezielten Einsatz des "Werkzeugkastens der Natur" werden viele industrielle Prozesse effektiver, umweltfreundlicher und nachhaltiger,“ betont der BRAIN-Vorstandsvorsitzender Holger Zinke. „Die Weiße Biotechnologie steht für eine umwelt- und ressourcenschonende Industrie der Zukunft.“
Im Vergleich zu Pflanzen und selbst zu Algen haben Mikroorganismen eine schnellere Wachstumsrate und lassen sich in Fermentationsanlagen zu intensiverer Stoffwechselleistung und damit Produktion heranziehen. Dies führt insgesamt zu einer höheren Verarbeitung von Kohlendioxid. Die Zusammenarbeit mit BRAIN ist das zweite Vorhaben von RWE im Bio-Bereich, um CO2 zu knacken und einer Nutzung zuzuführen. Beim laufenden Algenprojekt wird Kohlendioxid in eine pflanzliche Substanz eingebunden, die zum Beispiel als Biomasse verwendet werden kann.
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Die wichtigsten Nachrichten aus der Biotech-Branche
- Genetische Ursachen für Fettstoffwechsel-Störungen entdeckt
- Vitamin C hilft bei der Herstellung von Stammzellen
- DNA-Kleber mit An- und Aus-Funktion
- Neue Wirkstoffe gegen Parkinson aufgespürt
- Wie Kariesbakterien in der Mundhöhle überdauern
Genetische Ursachen für Fettstoffwechsel-Störungen entdeckt
Wissenschaftler des Helmholtz Zentrums München haben neue Genvarianten entdeckt, die für Störungen im Fettstoffwechsel verantwortlich gemacht werden.
Einige dieser beim Menschen häufig auftretenden Genvarianten sind bereits als Risikofaktoren für die Zuckerkrankheit Diabetes mellitus bekannt. Die Forschungsergebnisse könnten zu neuen Ansätzen in Frühdiagnose und Therapie beitragen, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift Nature Genetics (27. Dezember, Online-Vorabveröffentlichung) . 
Das Team um Karsten Suhre vom Institut für Bioinformatik und Systembiologie am Helmholtz Zentrum München hat Varianten in insgesamt neun verschiedenen Genen gefunden, die mit Störungen im Fettstoffwechsel in Verbindung gebracht werden konnten. Varianten in den bekannten Diabetes-Risikogenen MTNR1B und GCKR mit Veränderungen im Fettstoffwechsel in Zusammenhang zu bringen. "Die Ergebnisse unserer Studie bringen uns bei der Suche nach Markern für Früherkennung und Therapie von schweren Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes einen entscheidenden Schritt weiter", so Suhre.
Die in der Studie identifizierten Varianten verursachen zumeist Unterschiede in der Verstoffwechselung wichtiger Fettbausteine des Körpers. Zudem ist für viele bereits bekannt, dass sie mit einem erhöhten Krankheitsrisiko einhergehen, zum Beispiel für Stoffwechselstörungen, allen voran Diabetes.
Das Forschungsteam bestimmte zunächst die Konzentrationen von 163 Stoffwechselprodukten in Blutproben bei 1.800 Teilnehmern der Bevölkerungsstudie KORA. Im zweiten Schritt untersuchten sie die Stoffwechselprofile in einer genomweiten Assoziationsstudie auf mögliche Zusammenhänge mit bestimmten Genvarianten, den sogenannten SNPs. Schließlich bestätigten die Wissenschaftler die gefundenen Zusammenhänge durch Wiederholung ihrer Experimente in einer unabhängigen Studie mit britischen Wissenschaftlern des Sanger Centres in Hinxton und des King's College in London.
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Die nun vorgelegten Forschungsarbeiten gehören dem jungen Forschungszweig der "Metabolomics" an. Die Wissenschaftler bestimmen die Konzentrationen möglichst vieler Stoffwechselprodukte –der sogenannten Metabolite. Bei Personen mit verschiedenen Genvarianten sind auch die betroffenen Enzyme unterschiedlich aktiv und die Konzentrationen der Stoffwechselprodukte unterscheiden sich. Diese Zusammenhänge werden zu verschiedenen genetisch determinierten Metabotypen zusammengefasst, die auf äußere Umwelteinflüsse wie Ernährung und andere Lebensbedingungen unterschiedlich reagieren können. Damit können Biomediziner früher als bisher Risikopatienten für Stoffwechselstörungen entdecken.
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Die wichtigsten Nachrichten aus der Biotech-Branche
- RWE kooperiert mit BRAIN bei CO2-Verwertung durch Mikroben
- Vitamin C hilft bei der Herstellung von Stammzellen
- DNA-Kleber mit An- und Aus-Funktion
- Neue Wirkstoffe gegen Parkinson aufgespürt
- Wie Kariesbakterien in der Mundhöhle überdauern
Vitamin C hilft bei der Herstellung von Stammzellen
Durch Zugabe von Vitamin C lässt sich die bisher recht uneffiziente Herstellung induzierter pluripotenter Stammzellen (iPS-Zellen) im Labor deutlich verbessern.
Das haben chinesische und österreichische Stammzellforscher herausgefunden.
Das Vitamin C, auch Ascorbinsäure genannt, verändert die Aktivität verschiedener Gene und wirkt der Zellalterung entgegen. Beides erleichtere die Reprogrammierung von Körperzellen zu Stammzellen, die zur Geweberegeneration eingesetzt werden könnten, schreiben die Wissenschaftler im Fachblatt Cell Stem Cell (24. Dezember, Online-Vorabveröffentlichung).
Künstlich hergestellte Stammzellen, die iPS-Zellen, gelten als die Hoffnungsträger der Stammzellmedizin, denn sie können ethisch und genetisch unproblematischen Rohstoff für den Ersatz zerstörter Gewebe oder Organe liefern. Um sie aus erwachsenen Zellen zu züchten, können Gentechniker bestimmte stillgelegte Erbinformationsabschnitte in der DNA aktivieren. Daraufhin beginnt in einzelnen Zellen eine Art Verjüngungsprozess. In ihren Eigenschaften sind sie schließlich mit embryonalen Stammzellen vergleichbar.
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Die Herstellung der iPS-Zellen bereitet jedoch noch viele Schwierigkeiten. Die geringe Erfolgsrate bei der Zellumwandlung machte den Wissenschaftler um Duanquing Pei besonders zu schaffen. Sie hatten beobachtet, dass reaktive Sauerstoffverbindungen die Reprogrammierung offenbar behinderten. Um ihre These zu überprüfen, beeinflussten Sie den Prozess mit verschiedenen Oxidationshemmern. Solche sogenannten Antioxidantien machen zellschädigenden Sauerstoffverbindungen unschädlich.
Wie sich zeigte, förderte die Zugabe von gewöhnlichem Vitamin C, wie es in Zitrusfrüchten vorkommt, die Erfolgsquote der Rückprogrammierung. In behandelten Zellen von Mäusen und Menschen liefen die molekularen Prozesse schneller und effizienter ab, wie die Forscher berichten. Zu ihrer eigenen Überraschung konnten die Wissenschaftler den Erfolg mit anderen Oxidationshemmern nicht wiederholen. Warum gerade das Vitamin C die Zellverwandlung beschleunigen kann, ist nicht vollständig geklärt, der genaue Wirkmechanismus auf die Gene wird noch genauer untersucht. Die Forscher vermuten, dass die Ascorbinsäure zum Teil wirkt, indem sie den Alterungsprozess der Zelle verlangsamt. Ob der Vitaminzusatz auch schädliche Auswirkungen auf die erzeugten Stammzellen hat, ist noch nicht abschließend geklärt. Da das Vitamin den Spiegel des Krebsschutzproteins p53 in Zellen absenkt, ist ein erhöhtes Potenzial zum Krebswachstum nicht auszuschließen.
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- Genetische Ursachen für Fettstoffwechsel-Störungen entdeckt
- DNA-Kleber mit An- und Aus-Funktion
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DNA-Kleber mit An- und Aus-Funktion
Münchner Forscher haben einen DNA-Klebstoff entwickelt, der sich mit Hilfe elektrischer Spannung gezielt an- und ausschalten lässt.
Über ihre Methode berichten Biophysiker um Hermann Gaub von der Ludwig-Maximilians-Universität im Fachblatt Nature Nanotechnology (20. Dezember, Online-Vorabveröffentlichung).
Per Knopfdruck haften zwei Oberflächen fest aneinander, doch nach Umlegen eines Schalters lösen sich die beiden Materialien wieder voneinander. Den Münchner Forschern ist ein wichtiger Schritt zur Realisierung dieser Vision gelungen: mit Hilfe elektrischer Spannung haben sie einen Steuermechanismus entwickelt, mit dem bestimmte Moleküle an Oberflächen haften. 
Ihr Modell war dabei die Erbsubstanz DNA, ein langes, fadenförmiges Molekül, das viele negative Ladungen enthält. Kommt es in Kontakt mit einer durch eine Spannung positiv geladenen Oberfläche, wird es angezogen und heftet sich fest an das Material. Wird die Spannung hingegen so verändert, dass die Oberfläche ebenfalls negativ geladen ist, stoßen sich die beiden Materialien ab, und das DNA-Molekül löst sich.
Um zu untersuchen, wie fest sich ein DNA-Molekül an eine Oberfläche heften kann, beschichteten die Wissenschaftler eine Gold-Elektrode mit verschiedenen Materialien. Anschließend nahmen sie mit der extrem feinen Spitze eines Rasterkraftmikroskops ein einzelnes DNA-Molekül auf und brachten es in Kontakt mit der Oberfläche. Dann setzten sie die Elektrode unter Spannung und maßen, wie viel Kraft sie benötigten, um das DNA-Molekül wieder abzulösen.
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Menschen: Hendrik Dietz - Winzige Bauteile aus DNA formen |
Das Ergebnis: Sowohl die chemische Beschaffenheit der Oberfläche als auch die elektrische Spannung beeinflussen, wie fest das DNA-Molekül am Material haftet. So ist die Bindung bei einer positiv geladenen Oberfläche sehr stark, während sie bei einer negativen kaum nachzuweisen ist. Kann die Ladung der Oberfläche per Spannung verändert werden, entsteht der interessanteste Effekt, denn unter diesen Bedingungen lässt sich die Bindung per Knopfdruck ein- und ausschalten. Das Prinzip funktioniert laut den Forschern nicht nur mit DNA, sondern auch mit anderen größeren Molekülen, die über elektrostatische Ladungen verfügen - beispielsweise Biopolymere wie Proteine oder Vielfachzucker.
Aus diesem Grund sehen die Wissenschaftler das Potenzial der Methode vor allem in der Biotechnologie, wo beispielsweise Chips zur Analyse von DNA-Proben mit einer entsprechenden Oberfläche ausgestattet werden könnten. Aber auch in der industriellen Anwendung könnte sich einmal ein ähnliches System etablieren, und zwar in Form eines steuerbaren Klebstoffs: Während herkömmliche Kleber nämlich nach dem Aushärten nicht mehr gelöst werden können, ließe sich bei einem solchen System die Bindekraft einfach elektrisch an- und ausschalten.
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Neue Wirkstoffe gegen Parkinson aufgespürt
US-Amerikanische Forscher haben einen möglichen Behandlungsansatz für die neurologische Erkrankung Parkinson gefunden.
Die Wissenschaftler entdeckten bei Experimenten mit Bierhefezellen sechs Substanzen, die einen positiven Einfluss auf den Krankheitsverlauf haben könnten. In Versuchen mit Fadenwürmern und mit Nervenzellen von Ratten bestätigte sich dieser Effekt. Bis zum Einsatz der Substanzen am Menschen seien allerdings noch viele Jahre Entwicklung und Erprobung nötig, betonen die Forscher. Die Krankheit Parkinson ist bisher unheilbar. Es können lediglich die Symptome behandelt werden. Ihre Ergebnisse stellen die Forscher um Susan Lindquist vom Whitehead Institute for Biomedical Research in Cambridge im Fachmagazin Disease Models and Mechanisms vor (28. Dezember, Online-Vorabveröffentlichung).
Die Wissenschaftler wählten für ihre Experimente Bierhefezellen aus, da diese sehr schnell wachsen und sich so in kurzer Zeit eine große Anzahl potenzieller Wirkstoffe erproben lassen.
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Die Hefezellen wurden genetisch so verändert, dass sie Eigenschaften zeigten, wie sie ähnlich auch bei den Nervenzellen von Parkinsonpatienten zu beobachten sind. So weisen die Zellen Ablagerungen bestimmter Eiweiße sowie einen veränderten Stoffwechsel auf. An diesem Modell erprobten die Forscher 115 000 verschiedene Wirkstoffe, indem sie die Wachstumsraten behandelter und unbehandelter Zellen miteinander verglichen.Auf diese Weise fanden die Wissenschaftler bei sechs Wirkstoffen einen positiven Effekt auf das Zellwachstum. Während die genetisch manipulierten Zellen ohne Behandlung rasch abstarben, zeigten behandelte Zellen immerhin noch ein gemäßigtes Wachstum, beobachteten die Wissenschaftler. In den weiteren Tests erprobten die Forscher die Wirkstoffe an Fadenwürmern und den Nervenzellen von Ratten: Mit vier der Wirkstoffe überlebten die Fadenwürmer trotz der Krankheitssymptome, ergaben die Untersuchungen, und auch bei den Experimenten an Nervenzellen von Ratten erwiesen sich vier Substanzen als wirksam. Nun gelte es, die Wirkstoffe weiter zu erproben, um in ferner Zukunft vielleicht einmal ein Medikament gegen die Krankheit zur Verfügung zu haben, erklären die Forscher.
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- Wie Kariesbakterien in der Mundhöhle überdauern
Wie Kariesbakterien in der Mundhöhle überdauern
Kariesbakterien bedienen sich zahlreicher Anpassungs-Tricks, um in der Mundhöhle zu überleben.
So können sie eine Vielzahl von Zuckern aufspalten, sich vor Säure schützen und antibakterielle Substanzen abwehren. Das berichtet ein Forscherteam nach der Entschlüsselung und Analyse des Erbguts von Bifidobacterium dentium im Fachblatt PLoS Genetics (Dezember 2009, Online-Veröffentlichung). Im menschlichen Verdauungstrakt leben zahlreiche Arten von Bifidobakterien. Die meisten sind unschädlich, sie helfen dem Organismus sogar bei der Aufspaltung und Verdauung der Nahrung und unterstützen das Immunsystem. Wegen ihrer gesundheitsfördernden Eigenschaften werden sie sogenannten probiotischen Lebensmitteln zugesetzt, etwa Joghurt. In der Mundhöhle allerdings lebt ein Bifidobakterium, das schädlich für den Organismus ist: Bifidobacterium dentium ist das am häufigsten in Karieslöchern zu vorgefundene Bifidobakterium.
Marco Ventura von der Universität Parma in Italien und ein internationales Forscherteam untersuchten nun, durch welche genetischen Merkmale sich B. dentium von seinen harmlosen Verwandten unterscheidet und wie es sich an das Leben in der Mundhöhle angepasst hat.
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Förderbeispiel: Mit Systembiologie gegen Karies |
Demnach besitzt das Bakterium mit dem vollständigen Namen B. dentium Bd1 besonders viele Gene, die für das Aufspalten verschiedener Zucker benötigt werden. So kann es die unterschiedlichsten Zuckerstoffe, die der Mensch mit der Nahrung zu sich nimmt, für seinen eigenen Stoffwechsel nutzen.
Versuche zeigten außerdem, dass B. dentium einen hohen Säuregehalt in seiner Umgebung tolerieren kann. Dies ist wichtig, denn besonders dort, wo Zähne Karies haben, ist die Umgebung sauer. Die Säure sorgt dafür, dass der Zahn entmineralisiert wird, wodurch Karies überhaupt erst entsteht. Schließlich fanden die Wissenschaftler, dass das Kariesbakterium eine Reihe von Genen aktiviert, wenn es mit schädlichen Stoffen in Berührung kommt, etwa solchen aus Mundspülungen.
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