SYNMIKRO

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    Synthetische Mikrobiologie: Lassen sich Zellen mit bestimmten Eigenschaften ausstatten?

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SYNMIKRO – LOEWE-Zentrum für Synthetische Mikrobiologie

SYNMIKRO hat zwei übergeordnete Ziele: Zum einen die bisher eher statischen Komponenten und Funktionsanalysen von mikrobiellen Zellen hin zu einem quantitativen, dynamischen, theoretisch modellierbaren Funktionsverständnis weiterentwickelt werden. Zum anderen verfolgt SYNMIKRO das innovative Ziel, über rationales Design neue Funktionseinheiten zu synthetisieren, zu kombinieren und in den Funktionsapparat der Zelle zu integrieren, um Mikroorganismen mit neuen Eigenschaften und Anwendungspotenzial herzustellen.


Worin liegt das Potenzial von Mikroorganismen?

Mikroorganismen spielen eine wichtige Rolle in der Natur und werden in vielen Bereichen von Industrie und Medizin eingesetzt: Sie sind Energielieferanten, kommen in Nahrungsmitteln vor und werden in großem Maßstab zur Herstellung von Arzneimitteln eingesetzt.

SYNMIKRO betreibt einerseits Grundlagenforschung: Das LOEWE-Zentrum führt synthetische und analytische Forschungsansätze zusammen, um die Funktionsweise mikrobieller Zellen und ihrer Bestandteile besser zu verstehen. Auf Basis dessen strebt SYNMIKRO an, Mikroorganismen synthetisch herzustellen und sie dabei mit maßgeschneiderten Eigenschaften auszustatten. Mögliche Anwendungsbereiche sind die Entwicklung neuer Arzneimittel und Feinchemikalien oder die Herstellung von Zellen zur Produktion von Biokraftstoffen aus schwer degradierbarer Biomasse wie Holz und Stroh.


Beispiel 1: neue Antibiotika

Antibiotika sind aus der Behandlung von Infektionskrankheiten nicht wegzudenken und büßen doch angesichts einer wachsenden Zahl resistenter Keime immer mehr an Wirkung ein. SYNMIKRO beteiligt sich an der Suche nach neuen Wirkstoffen: Mit der Neukonstruktion von mikrobiellem Erbgut lassen sich bekannte Antibiotika verändern und neue finden. Ein erster Ansatz zum Re-Design neuer Wirkstoffe ist die Modellierung der aktiven Bindungsstellen in mikrobiellen Proteinen. In zwei interdisziplinären Projekten arbeiten Mathematiker, Pharmazeuten und Biologen gemeinsam an Algorithmen zur Vorhersage von potentiellen Bindungsstellen für aktive potentiell antibiotisch wirksame Moleküle.


Beispiel 2: Algen als Bioreaktoren?

Einer SYNMIKRO-Forschergruppe ist es gelungen, Kieselalgen (Diatomeen) so zu verändern, dass sich mit ihrer Hilfe biotechnologisch interessante neue Stoffe herstellen lassen: Ein biologisch abbaubarer Kunststoff kann auf diese Weise ebenso produziert werden wie Spinnenseide und Antigene, die in der Medizin eingesetzt werden. Dieses Herstellungsverfahren ist sowohl ökonomisch als auch ökologisch vorteilhaft: Der Prozess ist CO₂-neutral und kostengünstig.


Wo liegen die Grenzen?

Die synthetische Mikrobiologie soll mikrobielle Zellen mit neuen Potentialen entwickeln – neues Leben schafft sie nicht.

Gleichwohl stellt sich SYNMIKRO den ethischen Fragen, die mit der Entwicklung und Herstellung künstlicher Zellen einhergehen. Der Bereich Bio-Ethik des LOEWE-Zentrums leistet Begleitforschung zu den ethischen und sozialen Aspekten der Synthetischen Biologie und Mikrobiologie im Allgemeinen und bei SYNMIKRO im Besonderen. Dies dient der ethischen Orientierung der beteiligten Forscherinnen und Forscher ebenso wie der verständlichen und verantwortlichen Vermittlung der komplexen Forschungstätigkeit gegenüber der Öffentlichkeit.

Unter Leitung eines Theologen entwickelt die Arbeitsgruppe Bioethik ein „Stufenmodell zur ethischen Bewertung der Synthetischen Biologie“, das sich einem verantwortungsethischen Ansatz verpflichtet sieht: Sie skizzieren „Stufen“ ansteigender ethischer Konfliktpotentiale von bewährten und ethisch unproblematischen Beispielen synthetisch-biologischer Arbeit bis hin zu utopisch erscheinenden, aber in der Öffentlichkeit stark diskutierten Möglichkeiten der Erschaffung von höheren Lebewesen.