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BLICKWINKEL

Reagenzglaeser

Sie reisten in ferne Länder, beschrieben Naturphänomene und entdeckten zahlreiche neue Tier- und Pflanzenarten: Naturforscher wie Charles Darwin und Alexander von Humboldt haben unser Weltbild verändert – in den Mikrokosmos drangen sie aber nicht vor.

Ihn gilt es jetzt zu erkunden, denn im Reich der Bakterien, Pilze und anderen Kleinstlebewesen gibt es Werkzeuge, die den Klimawandel aufhalten, die Umstellung von fossilen auf nachwachsende Rohstoffe erleichtern und unseren Wohlstand sichern können. Mikroorganismen besiedeln unseren Planeten seit fast vier Milliarden Jahren. Kein Wunder also, dass sie sich mit der nachhaltigen Nutzung von Ressourcen besser auskennen als der Mensch. 

Experten vermuten allein im Erdboden Millionen verschiedene Arten von Mikroorganismen. Selbst in heißen Quellen und an anderen extremen Orten leben Bakterien, die dank ihrer Hitzeresistenz oder sonstiger ungewöhnlicher Eigenschaften industriell hochinteressant sind. Geschätzte 99 Prozent aller Mikroorganismen sind noch unbekannt. BRAIN erkundet das Reich der Kleinstlebewesen seit über 20 Jahren. Im unternehmenseigenen BioArchiv lagern schon 53 000 kultivierbare Mikroorganismen und über 50 000 Naturstoffe – alle gut charakterisiert. Mit einem Trick erschließt das Unternehmen zudem die genetische Vielfalt jener Kleinstlebewesen, die im Labor nicht gedeihen: Die Forscher isolieren aus einer Probe, etwa einer Handvoll Erde, das Metagenom, die gesamten Gene aller in der Probe lebenden Mikroorganismen. Anschließend klonieren sie die Genschnipsel und bauen sie in das Erbgut leicht kultivierbarer Zellen wie Escherichia coli ein. Als Pionier auf diesem Gebiet verwendet BRAIN die Metagenom-Technik bereits seit 1999. 

Mining Brain

Im Mining-Labor: BRAIN- Forscher rühren eine wässrige Mischung aus gemahlenem Gestein und Bakterienzellen auf. Metallhaltige Partikel binden an die Zellen, treiben mit dem Schaum auf und trennen sich so vom wertlosen Gestein.

Im BRAIN BioArchiv wurden per gezieltem Screening bereits viele Produktionsstämme sowie technisch relevante Naturstoffe entdeckt, darunter Biokatalysatoren für die Chemieindustrie ebenso wie bioaktive Zusätze für Nahrungsmittel und Kosmetika. Mikroorganismen, die das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid in hochwertige Substanzen verwandeln oder seltene Metalle aus Gesteinen anreichern, finden sich ebenfalls in der umfangreichen Sammlung. Die Treffer-Mikroorganismen dienen quasi als Prototypen, die BRAIN mit molekularbiologischen Methoden für die technische Nutzung optimiert. Je nach Projekt überführen die Forscher auch tierische oder pflanzliche Gene in industrietaugliche Hefe- oder Bakterienzellen.

Entdeckungen erfordern aber nicht nur technisches Know-how, sondern auch Kreativität: ein barrierefreies Weiter- und Breiter-Denken sowie die Fähigkeit, andere Perspektiven einzunehmen und Dinge zu verknüpfen, zwischen denen auf den ersten Blick keine Verbindung besteht. Bakterien und Bergbau, Madenproteine und Wundheilung, Geschmackszellen und Blutdrucksenkung – bei BRAIN passt das durchaus zusammen. 

Schrank Brain

Blick in den Brutschrank: Bei 37 Grad Celsius lagern hier menschliche Geschmackszellen. An ihnen testen BRAIN-Wissenschaftler neue Zutaten für wohlschmeckende Nahrungsmittel.

Bakterien im Bergbau

Mikroorganismen sind im Erzabbau erfahrener als der Mensch. Seit Milliarden Jahren gewinnen sie Eisen und andere essenzielle Metalle aus Gestein. Zudem sind sie Experten darin, giftige Metalle auszusortieren. Lassen sich die mikrobiellen Werkzeuge industriell nutzen? Ja, sagt BRAIN-Biochemikerin Dr. Esther Gabor. Gemeinsam mit ihren Kollegen hat sie im BRAIN BioArchiv Bakterien entdeckt, die Gold anreichern. Die Zellen isolieren das wertvolle Element sogar aus extrem metallarmen Erzen. Auch Organismen, die Seltenerdmetalle selektiv binden, haben Gabor und ihr Team gefunden. Elemente dieser Gruppe sind für Windräder und andere Hochtechnologien unerlässlich, werden aber derzeit hauptsächlich in China unter brachialen Umweltbedingungen abgebaut. Bakterien gehen milder vor. Zudem könnten sie europäische Lagerstätten erschließen und das Recycling von Elektroschrott erleichtern.

Wundbehandlung à la Goldfliege

Bei chronischen Wunden helfen oft nur noch Maden der Schmeißfliege Lucilia sericata, auch Goldfliege genannt. In die offenen Stellen gesetzt, reinigen sie die Wunde. Erst dann kann frisches Gewebe nachwachsen. Die Behandlung erfordert allerdings spezialisierte Ärzte und schreckt zudem viele Patienten ab. Bei BRAIN fragte man sich daher mit den Methoden der modernen Genanalytik, wie die Made vorgeht. BRAIN-Forscher entdeckten ein spezielles Madenenzym, das den Wundbelag auflöst, ohne gesundes Gewebe anzugreifen. Das Team um Dr. Béla Kelety und Dr. Alexander Pelzer taufte es auf den Namen Aurase und entwickelte damit Produkte für die Wundreinigung ohne Ekelfaktor. Das Aurase-Gen wurde in Hefezellen eingeschleust, die das aktive Enzym in großen Mengen herstellen. In Form eines Gels soll es auf Wunden aufgetragen werden. In Vorversuchen erwies sich das Gel als wirksam und gut verträglich. Jetzt steht die klinische Prüfung an.

Guter Geschmack 
dank Biotech

Nicht nur Chips und Schokolade, auch Kinderjoghurts, Softdrinks und viele andere Fertigprodukte enthalten zu viel Fett, Salz oder Zucker. Auf der Suche nach bioaktiven Zutaten für gesündere Nahrungsmittel haben BRAIN- Molekularbiologen im Team von Dr. Michael Krohn und Dr. Katja Riedel ein Screeningverfahren mit Geschmackszellen aus der menschlichen Zunge entwickelt. Damit haben sie unter Tausenden Naturstoffen mehrere Biomoleküle entdeckt, die an unsere Geschmackssensoren binden und so den Geschmackssinn überlisten. Ein Salzverstärker und ein Bitterblocker sind in der Entwicklung schon weit fortgeschritten. Letzterer nimmt künstlichen Süßstoffen, aber auch Hustensaft und Kräutertee die unangenehme Note. Laut einer Studie von BRAIN und der Universität Halle könnten salz-, fett- und zuckerreduzierte Nahrungsmittel das deutsche Gesundheitssystem um mehrere Milliarden Euro entlasten.

Uta Neubauer Sw

Uta Neubauer

Dr. Uta Neubauer ist freie Wissenschaftsjournalistin. Sie hat in Hamburg und Oldenburg Chemie studiert und wurde an der ETH Zürich promoviert. Als Autorin und Redakteurin beschäftigt sie sich vor allem mit Neuigkeiten aus der Chemie, der Biotechnologie sowie den Nano- und Materialwissenschaften. Ihr Interesse gilt sowohl der Grundlagenforschung als auch technischen Entwicklungen, sofern diese ökologisch und sozial verträglich sind. Sie lebt und arbeitet in Bad Soden am Taunus.

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