Die Produktionslinie der Zukunft: ein automatisiertes Werkzeug soll Forschungsarbeiten in der synthetischen Biologie unterstützten

Die synthetische Biologie entwickelt sich rasant weiter und kann einer Zukunft mit zahlreichen vielversprechenden Anwendungsgebieten entgegenblicken, von der Erforschung des Verhaltens von Krebszellen bis hin zur Reduzierung des CO₂-Fußabdrucks. Sie umfasst die Entwicklung und Erzeugung neuer biologischer Wirkstoffe, wie Enzyme und Zellen, oder die Umstrukturierung bestehender biologischer Systeme. Daher spielen Technologien zur DNA-Assemblierung eine zentrale Rolle bei der Weiterentwicklung der synthetischen Biologie. Eine Zusammenarbeit zwischen akademischen und industriellen Partnern mit Unterstützung des EU-finanzierten TOPCAPI-Projekts führte kürzlich zu der Einführung eines neuen Werkzeugs zur DNA-Assemblierung namens MoCLO-Assistent.

Laut einer von ‚Bio-IT World‘ veröffentlichten Pressemitteilung wird das neue Werkzeug „synthetische Biologen befähigen, Level 0 MoCLO-CIDAR-Konstrukte äußerst schnell zu entwickeln und zu synthetisieren, wobei ihnen Hunderte validierte biologische Standardkomponenten und selbstdefinierte DNA-Sequenzen zur Verfügung stehen.“ Dank der Automatisierung dieses Schrittes „müssen synthetische Biologen weniger Zeit mit der DNA-Entwicklung verbringen und können daher effizienter forschen.“ In der Pressemitteilung wird auch angegeben, dass dieses Werkzeug synthetischen Biologen, die ihren Beruf gerade erst aufgenommen haben, eine besondere Hilfe sein wird.

Zellfabriken

Das derzeitig laufende Projekt TOPCAPI (Thoroughly Optimised Production Chassis for Advanced Pharmaceutical Ingredients) zielt darauf ab, sich die biosynthetischen Stärken der Aktinomyzeten-Bakterien zunutze zu machen. Im Rahmen des Projektes werden mikrobielle Zellfabriken zur Herstellung hochwertiger Pharmazeutika hergestellt, wie auf der Projektwebsite zusammengefasst wird. Diese Mikroorganismen oder Zellfabriken sind für die Produktion der meisten zurzeit verfügbaren Antibiotika unerlässlich. Tatsächlich produzieren Aktinomyzeten erwiesenermaßen über 80 % der Naturerzeugnisse, die kommerziell genutzte Antibiotika inspiriert haben. Genomsequenzen beweisen, dass sie zusammengenommen die größte Menge sekundärer Metaboliten erzeugen. „Daher sind Aktinomyzeten evolutionär dafür optimiert, Naturerzeugnisse zu produzieren, und sind möglicherweise der beste Produktionsorganismus für heterologe hochwertige Wirkstoffe.“

TOPCAPI konzentriert sich auf zwei Aktinomyzeten-Produktionsorganismen, die seit den 1950er-Jahren intensiv untersucht werden: Streptomyces rimosus und Streptomyces coelicolor. Auf der Projektwebsite wird erklärt, dass „typische industrielle Stämme genetisch manipuliert wurden und mittlerweile ihren ‚Wildtyp‘-Ahnen kaum noch ähneln“. Es wird allerdings hinzugefügt, dass „es keine einzelne, strapazierfähige Streptomyceten-Zellfabrik für die Produktion verschiedener Wirkstoffe in industriellem Maßstab gibt und die meisten produzierten Wirkstoffe erst in ausreichenden Mengen gewonnen werden können, nachdem der Produktionsorganismus mehrfach arbeitsintensiven genetischen Manipulationen und Überprüfungen unterzogen wurde, um die Metabolitenproduktion zu steigern.“

TOPCAPI hat zum Ziel, diese Spezies zur Produktion bioaktiver Wirkstoffe in industriellem Maßstab abzuwandeln. Durch die Entwicklung neuer Bakterienstämme zur Produktion von Antibiotika hilft TOPCAPI dabei, gegen Antibiotikaresistenzen vorzugehen.

Der Kampf gegen Superbugs

Zwar hatten Antibiotika eine bedeutende Auswirkung auf die Behandlung ansteckender Krankheiten, ihre Fehlanwendung beziehungsweise übermäßige Nutzung führte jedoch zunehmend zu Resistenzen und der Entstehung sogenannter Superbugs. So sind zum Beispiel Methicillin-resistente Staphylococcus-aureus-Bakterien (MRSA-Bakterien) weltweit eine der häufigsten Ursachen für antibiotikaresistente therapieassoziierte Infektionen, wie ein Bericht des Europäischen Zentrums für die Prävention und die Kontrolle von Krankheiten angibt. Die Arbeit von TOPCAPI wird auch dazu beitragen, potenziell tödliche MRSA-Infektionen einzuschränken. Ein weiterer Wirkstoff, der im Rahmen von TOPCAPI entwickelt wird, wird die Produktion eines neuen topischen Arzneimittels gegen Akne ermöglichen.

Weitere Informationen:
TOPCAPI-Projektwebsite