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Unser Wissenschaftsbild des Monats wirkt zunächst wie die elektronenmikroskopische Aufnahme von Bakterienzellen. Und tatsächlich handelt es sich bei den rot markierten Bereich um das Bakterium Shewanella oneidensis. Das ist aber noch nicht alles – in dem Bild steckt noch mehr. Die Bakterienzellen sind auf einem Kompositmaterial aus DNA, Silica-Nanopartikeln (gelb) und Kohlenstoff-Nanoröhren (blau) angewachsen. Das Besondere daran ist, dass die Silica-Nanopartikeln und Kohlenstoff-Nanoröhren durch die programmierbare DNA miteinander verwoben sind, dass sich die Eigenschaften des Materials zielgerichtet einstellen lassen. Da das Komposit leitfähig ist, lassen sich beispielsweise mikrobielle Brennstoffzellen, mikrobielle Biosensoren oder mikrobielle Bioreaktoren herstellen. Das von Karlsruher Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aufgebaute Biohybridsystem ist exoelektrogen, das heißt, es produziert beim Abbau organischer Substanz unter Sauerstoffmangel einen elektrischen Strom. Ein weiteres Einsatzfeld des Komposits sind medizinische Anwendungen. Hier sollen die neuen Materialien Umgebungen schaffen, in denen sich menschliche Stammzellen einnisten und weiterentwickeln können. In zukünftigen Arbeiten wird die Forschungsgruppe weitere Untersuchung grundlegender Prinzipien der Zelldifferenzierung sowie biotechnologische Anwendungen der neuen Materialien erschließen.

Bild:Niemeyer-Lab, KIT

Originalpublikationen:

DOI: 10.1038/s41467-019-13381-1 (Open Access)
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13381-1

DOI: 10.1101/864967 (Open Access)
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/864967v1?rss=1

Weitere Informationen:
https://www.kit.edu/kit/pi_2019_161_programmierbare-nester-fur-zellen.php

Videos zum Thema biohybride Materialien und Bioökonomie:
https://youtu.be/favOwM1LemA (Deutsch)
https://youtu.be/P5LYhKfCkmQ (Englisch)

Franziska Roeder