Helmholtz-Initiative Synthetische Biologie

Helmholtz-Zentren und Universitäten entwickeln innovative biologische Systeme

Mit der "Helmholtz-Initiative Synthetische Biologie" soll erstmals ein nationales Forschungsnetzwerk in Deutschland gefördert werden. Dabei arbeiten Forscher der Helmholtz-Zentren in Heidelberg, Karlsruhe, Jülich, München und Braunschweig eng mit Wissenschaftlern der Universitäten Heidelberg und Freiburg zusammen. Das Forschungsprogramm umfasst dabei Technologieplattformen und Anwendungsprojekte in den Forschungsbereichen Gesundheit und Schlüsseltechnologien. Die neue Helmholtz-Initiative wird in den kommenden Jahren mit drei Millionen Euro aus dem Impuls- und Vernetzungsfonds (IVF) unterstützt. Die beteiligten Institutionen steuern noch einmal die gleiche Summe aus eigenen Mitteln bei. Im Rahmen der zunächst bis 2014 finanzierten Startphase sollen die Grundlagen für nachhaltige Forschungsstrukturen geschaffen werden, die anschließend im Rahmen der grundfinanzierten Programmorientierten Förderung der Helmholtz-Gemeinschaft in den Forschungsbereichen Gesundheit und Schlüsseltechnologien als ein Querschnittsthema weitergeführt werden sollen.

Verantwortungsbewusste Forschung unter Einbeziehung gesellschaftlicher Vorstellungen

Eine einfache und pragmatische Definition der synthetischen Biologie gibt Drew Endy von der Stanford-Universität: "Make biology easy to engineer". Das Ziel der synthetischen Biologie ist es also, dazu beizutragen die Biologie zu Konstruktionszwecken einzusetzen. Biologische Bausteine, wie Promotoren oder Proteindomänen werden dabei zu komplexeren Schaltkreisen, wie Enzymkaskaden oder genetischen Schaltkreisen - sogenannten "biological devices" - zusammengefügt und dann in bestehende Organismen übertragen, damit diese die neuen Fähigkeiten übernehmen. Einschneidende Durchbrüche der synthetischen Biologie in den letzten Jahren waren z. B. das gezielte Umprogrammieren der Hefe Saccharomyces cerevisiae zur Synthetisierung einer Vorstufe des Antimalariamedikaments Artemisinin.

Neben den Chancen der synthetischen Biologie werden vermehrt auch Bedenken über potentielle Risiken diskutiert. Diese beziehen sich auf den Schutz vor Missbrauch ("biosecurity"), auf mögliche Gefahren für die menschliche Gesundheit und die Umwelt ("biosafety") sowie auf sozioökonomische Risiken und traditionelle Vorstellungen von Leben. Deshalb befasst sich ein eigenes Begleitforschungsprojekt der Initiative speziell mit ethischen und sozialen Aspekten sowie mit der verantwortungsvollen Entwicklung und Governance von synthetischer Biologie.

Um die wissenschaftliche Gemeinschaft in der synthetischen Biologie zu stärken, möchten die Wissenschaftler der Initiative den Aufbau eines Repositoriums für biologische "Bauteile" (Helmholtz-Repository of BioParts, HeRBi) vorantreiben. Die Bereitstellung neuer, standardisierter biologischer Bausteine in einer öffentlich zugänglichen Datenbank soll synthetischen Biologen zukünftig den Griff in die "molekulare Toolbox" erleichtern.

Das Forschungsspektrum der Technologieplattformen umfasst Projekte aus der Krebsforschung, Virologie, Biosensorik, Enzymologie, Polymerchemie und Mathematik. Die hier entwickelten molekularen Bausteine und Schaltkreise sollen dann in den interdisziplinären Anwendungsprojekten zum Einsatz kommen.

So beschäftigen sich z. B. Forscher der Universität Heidelberg und des Helmholtz-Zentrums München mit dem Aufbau neuer Designervehikel für die gezielte Gentherapie, die auf natürlich vorkommenden Viren basieren. Im Vordergrund steht dabei die Kombination von Oberflächenproteinen verschiedener natürlicher viraler Isolate mit synthetischen Sequenzen, die eine selektive Therapie einzelner Gewebe- und Zelltypen, zum Beispiel bei Pankreaskrebs oder viralen Infektionen, ermöglichen soll.

Am Forschungszentrum Jülich hingegen werden modulare synthetische Enzymkaskaden entwickelt. Diese sollen in mikrobielle Zellfabriken eingebaut werden, um beispielsweise die Nutzung alternativer Kohlenstoff- und Energieressourcen möglich zu machen, oder die Synthese von optisch aktiven Bausteinen zu ermöglichen, die z. B. als Pharmazeutika, Nahrungsergänzungsmittel oder Feinchemikalien genutzt werden können.

Die Entwicklung neuartiger biohybrider Polymere haben sich Forscher an der Universität Freiburg zum Ziel gesetzt. Dabei werden neue Materialien mit justierbaren mechanischen und biologischen Eigenschaften durch den Einbau von synthetischen biologischen Schaltern funktionalisiert, und können so von Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie als 3D-Matrizen für die gezielte Differenzierung von neuronalen Stammzellen genutzt werden.

Helmholtz-Zentren:

Deutsches Krebsforschungszentrum, Heidelberg

Prof. Dr. Roland Eils, Prof. Dr. Thomas Höfer

Forschungszentrum Jülich

Prof. Dr. Michael Bott, Prof. Dr. Andreas Offenhäusser, Prof. Dr. Wolfgang Wiechert

Karlsruher Institut für Technologie

Dipl.-Pol. Christopher Coenen, Prof. Dr. Armin Grunwald, Prof. Dr. Andreas Guber, Dr. Harald König, Prof. Dr. Uwe Strähle

Helmholtz-Zentrum München

Prof. Dr. Ruth Brack-Werner, Prof. Dr. Ulrike Protzer

Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung, Braunschweig

Prof. Dr. Rolf Müller, Dr. Dagmar Wirth

Universitäre Partner:

Universität Heidelberg

Dr. Dirk Grimm, Prof. Dr. Andres Jäschke

Universität Freiburg

Prof. Dr. Wilfried Weber

Ansprechpartner und weitere Informationen:

www.helmholtz.de/syntheticbiology

Prof. Dr. Roland Eils

r.eils@dkfz.de

Dr. Julia Ritzerfeld

j.ritzerfeld (at) dkfz.de

"Synthetic Biology - from Understanding to Application"

international symposium on synthetic biology

09.-11.12.2013, Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ)

Organizing Committee:

‒   Roland Eils (DKFZ)
‒   Stefan Bräse (HeiKa)
‒   Christopher Coenen (KIT)
‒   Kristian Köchy (BBAW)
‒   Harald König (KIT)
‒   Ulrike Protzer (HMGU)
‒   Michael Reth (BIOSS)
‒   Uwe Strähle (KIT)
‒   Wilfried Weber (Uni FR, BIOSS und NSB-Upper Rhine)
‒   Wolfgang Wiechert (FZJ und DECHEMA)
‒   Dagmar Wirth (HZI)

Co-Organizers:

‒   BIOSS – Centre for Signalling Studies, Universität Freiburg
‒   HeiKA – Heidelberg-Karlsruhe Research Partnership
‒   NSB-Upper Rhine – Upper Rhine network in Synthetic Biology
‒   BBAW – Berlin-Brandenburgische Akademie der Wissenschaften
‒   DECHEMA – Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie