Findet Nemo - Enzymdesign im Hochdurchsatz

// 30.04.2018

Die dritte LRC Sommerschule fand in Halle/Saale statt.

Die dritte Sommerschule für die Nachwuchswissenschaftler des LRC fand vom 24. bis 27. April 2018 in Halle/Saale statt. Die Organisation übernahm das Team um Juniorprofessor Martin Weissenborn am Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB).

Die von Martin Weissenborn geleitete LRC-Nachwuchsgruppe „Biobricks pflanzlicher Biosynthesen“ in Halle/Saale beschäftigt sich mit neuen Möglichkeiten der biotechnologischen Produktion natürlich vorkommender pflanzlicher Naturstoffe wie Phenylpropanoidabkömmlingen (Flavonoide, Cumarine), die ein hohes ökonomisches Potential für die Lebensmittel- und Parfümindustrie,  aber auch für die Anwendung in technischen Bereichen, z. B. bei Cumarinderivaten in Farbstofflasern, aufweisen. Mittels Genome mining, der Analyse des Genoms eines Mikroorganismus möchte man versteckte stillgelegte Gene finden, um sie in anderen leicht kultivierbaren Organismen zur Expression zu bringen, die im Bestfall bisher unbekannte Synthesewege für Moleküle offenbaren.

Neben dieser Methode konnten die jungen Wissenschaftler aus den fünf Nachwuchsgruppen die sogenannte „Gerichtete Evolution im Labor“ hautnah miterleben. Die gezielte Mutagenese und das nachfolgende Hochdurchsatz-Screening nach optimierten Enzymen erinnert an die Suche nach einem winzigen Fisch in den Weiten eines Ozeans, ist aber ein modernes Verfahren, das vor allem für das Design von Wirkstoffen für industrielle und biotechnologische Anwendungen immer attraktiver wird. Die dafür nötigen Arbeitsschritte vom Anzüchten der Bakterienzellen bis hin zur Analyse der Enzymaktivität führten die Teilnehmer im Labor selbst durch. Mittels Methoden wie der Multi-Injektions-Gaschromatografie  und UV-Absorption wiesen sie Veränderungen der Proteinaktivitäten nach, wie z. B. Carbonyl-Olefination oder Hydroaminierung, die auf die Mutationen zurückzuführen sind. Die beiden genannten Aktivitäten stellen wichtige Reaktionen in der organischen Synthesechemie dar. Außerdem lernten sie ein Protein-Quantifizierungssystem kennen, das auf einer ausgeklügelten fluoreszenten Markierungstechnik basiert.

Für Biotechnologe Tony Köhler vom IPF Dresden war es wichtig, die bioinformatische Auswertung der umfangreichen Datensätze kennenzulernen, die bei dieser Art von experimentellem Design generiert werden: „Mit dem neu gewonnenen Wissen werde ich zukünftig die Datenauswertung in meiner eigenen Doktorarbeit automatisieren.“

Für die promovierte Chemikerin Dr. Ute Münchberg vom ISAS in Dortmund war es eine lehrreiche und interessante Erfahrung, die praktische Arbeit anderer Fächer hautnah zu erleben. Denn genau das ermöglicht die Sommerschule den verschiedenen Gruppen des LRC. „Man hat ja meist nur eine vage Vorstellung davon, was die anderen machen und wie das funktioniert. Auf diesem Wege kennenzulernen, wie zeitaufwändig es tatsächlich ist, beispielsweise ein Enzym zu optimieren, fand ich sehr spannend.“ schwärmt Dr. Münchberg. „ Besonders beeindruckt hat mich, wie präzise man selbst scheinbar einfache Arbeiten, wie das Pipettieren, durchführen muss, damit die Abweichungen zwischen den Wiederholungsmessungen nicht zu groß werden und den wahren Effekt maskieren.“ Ganz nebenbei wurden tagsüber, aber auch beim abendlichen geselligen Zusammensein, Forschungsergebnisse diskutiert und Lösungen gesucht. So bot die LRC Sommerschule auch Dr. Münchberg, die erst seit einem halben Jahr das Team um Erik Freier verstärkt, die Gelegenheit, alle Projektpartner kennen zu lernen. „Es ist eben doch etwas anderes, ob man sich nur aus E-Mails oder Telefonaten kennt oder ob man sich persönlich trifft.“ so Münchberg. Für die Zukunft wünscht sie sich, dass auch andere interdisziplinäre Projekte einen derartigen Austausch anbieten, als Möglichkeit, den eigenen Horizont zu erweitern.

Im Vorfeld der SummerSchool trafen sich alle Nachwuchsgruppenleiter und Postdocs, um konkrete weitere Arbeitsschritte und Übergaben zu planen und die Empfehlungen des Wissenschaftlichen Beirats umzusetzen.

Die nächste Sommerschule wird vom 02. bis 05. April 2019 am Leibniz-Institut für Polymerforschung (IPF) in Dresden stattfinden, direkt im Anschluss an die Wirkstofftage des Leibniz Forschungsverbunds Wirkstoffe und Biotechnologie. Die Teilnehmer werden dort einen Einblick in die Herstellung von mikrofluidischen Flußzellen mittels Photolitographie und 3D Druck mit dem Fokus auf reaktivem Oberflächendesign und Mikroemulsionen sowie das Design von multifunktionellen Polymeren und Hydrogelen für die zellfreie Biotechnologie kennenlernen.

Bildquelle: Michelle Kammel (IPB Halle/Saale)

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