Eine Begegnung der unheimlichen Art können Besucher an der Basler Dependence der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich erleben. In einem der zahlreichen Labore gibt es Cyborgs, Wesen, die zum Teil ein lebender Organismus sind, zum anderen eine Maschine. Ähnlich dem Terminator, den Arnold Schwarzenegger im Film darstellte. Doch die aus der Schweizer Metropole sind kleiner, so klein, dass sie nur mit Hochleistungsmikroskopen zu erkennen sind. Es handelt sich um genmanipulierte Bakterien, deren Wachstum ein Computer steuert, also eine Maschine. Er lässt mal rotes, mal grünes Licht auf das Bakterium fallen. Optische Sensoren vermessen den Mikroorganismus und melden das Wachstum oder dessen Ausbleiben.


Licht soll die Produktion von Medikamenten beschleunigen

„Wir regulieren jetzt erstmals das Wachstum von Mikroorganismen, und zwar auf sehr präzise und feinabstimmbare Weise“, sagt Mustafa Khammash, Professor für Steuerungstheorie und Systembiologie an der ETH Zürich. Mit Hilfe der Computersteuerung können die Wissenschaftler die Bakterienkultur so beeinflussen, dass sie nach einer genau vorgegebenen Kurve wächst.


Was nach einem Spielchen von Wissenschaftlern klingt, könnte für die Zukunft hohe Bedeutung erlangen. Mit Licht lässt sich möglicherweise die Ausbeute von manipulierten Mikroorganismen beschleunigen, die in Fermentern medizinische Wirkstoffe herstellen.

Anleihe bei Cyanobakterien

Um die Kolibakterien (Escherichia coli) steuerbar zu machen pflanzten sie ihnen Gene von Cyanobakterien ein. Deren Stoffwechsel ist vom Licht abhängig. Wie Pflanzen nutzen sie dessen Energie zum Wachsen. Die Basler Bioingenieure koppelten die Lichtgene mit einem Enzym, das die für das Bakterienwachstum unerlässliche Aminosäure Methionin herstellt. Rotes Licht stoppt die Methionin-Produktion, grünes regt sie an.

Neue Chancen für die Zelltherapie

Außer der Möglichkeit, Cyborg-Bakterien von Außen mit Licht zu steuern, kann man den maschinellen Steuerungsmechanismus auch in lebenden Zellen selbst platzieren. Daran arbeiten die Forscher noch. „Meiner Meinung nach ist für therapeutische Anwendungen, beispielsweise in der Zelltherapie, die interne Zellsteuerung langfristig besser geeignet“, sagt Khammash. Denn sie funktioniere ohne zusätzliche Hardware. „Für die biotechnologische Herstellung von Molekülen in einem Bioreaktor hingegen dürfte die externe Steuerung über eine Schnittstelle, wie wir sie hier entwickelt haben, besser umsetzbar sein.“

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