Team:Heidelberg/Project

Deutsche Übersetzung:

Ecolizenz zum Töten: Eine E. coli-Konstruktion zum gezielten Angriff auf pathogene Mikroorganismen

Pathogene Mikroorganismen stellen eine große Herausforderung sowohl für die Medizin als auch für die Industrie dar. Gemeinschaften aus Mikroorganismen, die in der Fachsprache als Biofilme bezeichnet werden, haben sich als äußerst resistent gegenüber konventionellen Therapien erwiesen [brenner07]. Um deren Wachstum zu bekämpfen bedarf es daher alternativen Ansätzen. Die Entstehung von Biofilmen, genauso wie die der Virulenz, der Produktion von Antibiotika oder der Bildung von Sporen werden durch Kommunikations-Schaltkreise reguliert, die auf kleinen Signalmolekülen - den sogennanten Autoinduzierern (AI) - basieren [balagadde08]. Unser Ziel ist es, diese Kommunikationsmechanismen in der Weise zu integrieren, dass synthetische Bakterien potenziell gefährliche, AI-ausschüttende Spezies aufspüren und töten können. Mit E. coli als Modellorganismus beabsichtigen wir zwei separate Stämme - einen Killer- und einen Beutestamm - zu entwerfen. Das Projekt gliedert sich in zwei ergänzende Module: Die Signalerkennung umfasst die Modifizierung des Chemotaxis-Systems von E. coli, um Killer-Zellen zu den Beute-Zellen schwimmen zu lassen. Dafür ist es notwendig, dass ein Erkennungsmodul einen Beute-spezifischen Stimulus an die Signalkaskade für Chemotaxis weiterleitet, so dass die Killer-Zellen entgegen des Gradienten des Stimulus schwimmen. Das gerichtete Schwimmen kommt nur zum Erliegen, wenn sich die Killer-Zellen in der unmittelbaren Umgebung der Beute-Zellen befinden - dort, wo die Stimuluskonzentration maximal ist. Das Killer-Modul gewährt, dass - einmal in der Nähe der Beute angekommen - ein bakterizider Mechanismus aktiviert wird. Computermodelle werden ergänzend zeigen, wie sich die beiden Modelle im Zusammenspiel verhalten, und wie die Effizienz des Gesamtsystems in seiner räumlichen Umgebung einzuschätzen ist. In Zukunft - sicherlich außerhalb der Reichweite unseres Projekts - könnte die Spezifität auf relevante Pathogene, genauso wie auf andere Organismen, Gewebe oder sogar Krebszellen erweitert werden.