Internationaler Wettbewerb zur Synthetischen Biologie– iGEM-Team der TU Darmstadt

Recycling der nächsten Generation

Jährlich werden Millionen Tonnen Plastikmüll auf der Welt nicht angemessen oder gar nicht recycelt. Die Lösung dieses Problems haben sich Studenten der TU Darmstadt zur Aufgabe gemacht. Sie versuchen, mithilfe der synthetischen Biologie einen Organismus zu konstruieren, der Kunststoffmüll in wertvolle Produkte umwandelt. Mit dieser Idee gehen sie beim iGEM, dem renommiertesten biotechnologischen Wettbewerb der Welt, an den Start.

Was ist der iGEM?

iGEM (international genetically engineered machine competition) ist ein Wettbewerb für Bachelor- und Master-Studenten in der „Synthetischen Biologie“ (SB). Ein Team aus bis zu 20 angehenden Wissenschaftlern soll gemeinsam mithilfe standardisierter Bausteine – BioBricks – eine „biologische Maschine“ konstruieren, bauen und charakterisieren. Es zählen neben dem akademischen Aspekt der Arbeit auch Design und Darstellung der Ergebnisse. Die Juroren müssen zuerst in regionalen Ausscheidungswettkämpfen überzeugt werden, um anschließend im Finale am MIT die begehrte Trophäe – den silbernen BioBrick – zu gewinnen. Insgesamt werden in 20 Kategorien Bronze-, Silber- und Goldmedaillen wie zum Beispiel in Environment, Food & Energy, Health & Medicine oder Software tools vergeben. Zum ersten Mal stellen sich dieses Jahr auch Studierende der TU Darmstadt der Herausforderung und beteiligen sich am bekanntesten und renommiertesten biotechnologischen Wettbewerb der Welt! Dafür haben sie folgendes Problem identifiziert.

Die Idee – Kunststoff verdauende Mikroorganismen

Jährlich werden 150 Mio. Tonnen Kunststoffe produziert. Zwar liegt die Recyclingquote in den westlichen Ländern bei stolzen 77 %, allerdings gelangen jährlich immer noch ca. 35 Mio. Tonnen Kunststoffmüll in unsere Umwelt. Dieser besteht zu meist aus Flaschen, Verpackungen oder Textilien und Abrieb und UV-Strahlung führen zur Entstehung von Mikro- und- Nanopartikel. Diese sammeln sich zum großen Teil in unseren Gewässern und dort werden sie zu einem ernst zu nehmenden Problem. Die Oberfläche der Partikel bindet Schadstoffe und Toxine. So entstehen gefährliche Schwebstoffe, die die Konzentration von Plankton im Meer übertreffen können. Von Meerestieren und Vögeln aufgenommen, reichern sich die Kunststoffpartikel in unserer Nahrungskette an. Bislang hat die Natur noch keinen Weg gefunden, diese „Ressource“ für sich zu nutzen. Dabei soll ihr jetzt geholfen werden. Das iGEM Team der TU Darmstadt will eine „biologische Maschine“ konstruieren, die den Kunststoffmüll nicht nur abbauen kann, sonder ihn in für den Menschen nutzbare und wertvolle Ressourcen der chemische- oder pharmazeutischen Industrie umwandelt.

Das Baukastenprinzip

Allen Teilnehmern des iGEM Wettbewerbs stehen zu Anfang die gleichen molekularen Bausteine zur Verfügung, so genannte Bio-Bricks (BB). Ein BB ist ein standardisierter Baustein der synthetischen Biologie. Er besteht aus zirkulärer DNA (Plasmid) und codiert für eine Struktur mit definierter Funktion. Die BBs haben eine gemeinsame Schnittstelle, sodass sie sich leicht kombinieren und in einem Zielorganismus (z.B. E. coli) verschalten lassen. Es lassen sich drei unterschiedliche Komplexitätsebenen unterscheiden. Einfache Bausteine (parts) werden zu komplexen Einheiten (devices), die wiederum Systemeinheiten (systems) bilden. Ein einfacher Baustein ist z.B. ein Promotor oder die Sequenz eines Enzyms. Eine device besteht aus dem Zusammenschluss einzelner Bausteine, z.B. einer Kombination von Promotor, Enzym und Terminator. Eine Systemeinheit führt eine komplexe Aufgabe aus, z.B. die Produktion eines Proteins bei Anwesenheit einer bestimmten Chemikalie. Damit sollte sich theoretisch eine Vielzahl von Funktionen erzeugen lassen. Aus den bereits in einem repository (Baukasten) vorhandenen Bausteinen werden weltweit von den iGEMTeams über den Sommer im Labor dann die gewünschten Eigenschaften zusammengeschaltet. Fehlende Bausteine werden selbst im vorgegebenen Baukastensystem erzeugt und stehen anschließend den folgenden Generationen von iGEM-Teilnehmern zur Verfügung.
Der iGEM Wettbewerb bietet den Studierenden eine einzigartige Möglichkeit, wissenschaftliche Qualifikationen zu erwerben und Teamarbeit zu erlernen. Und nicht zu vergessen: Neben dem beträchtlichen Arbeitsaufwand steht nicht zuletzt der Spaß an der Wissenschaft und gemeinsamen Unternehmungen ebenfalls im Vordergrund.

info@igem.tu-darmstadt.de