Der iGEM (international Genetically Engineered Machine) ist ein internationaler Wettbewerb für Studierende auf dem Gebiet der synthetischen Biologie und findet jährlich statt. Interdisziplinäre Teams entwickeln und erstellen neuartige Testsysteme und präsentieren ihre Arbeit zur Bewertung beim Grand Jamboree. Der Wettbewerb widmet sich der Förderung von Entwicklungen in der synthetischen Biologie, die zur Lösung von Problemen in den Bereichen Umwelt, Gesellschaft und Gesundheitsschutz beitragen.

Das iGEM-Team 2023 der TU_BS nahm sich das Toxizitätsrisiko lithiumbasierter Therapien als relevantes Problem vor. Lithium ist ein hochwirksamer Stimmungsstabilisator und wird üblicherweise zur Behandlung psychischer Erkrankungen wie bipolarer Störungen eingesetzt. Bei höheren Konzentrationen im Körper kann Lithium allerdings giftig sein, weshalb eine regelmäßige Überwachung des Lithiumspiegels im Blut äußerst wichtig ist. Diese Tests müssen aktuell noch von medizinisch geschultem Personal in einer Laborumgebung durchgeführt werden. Bis die Ergebnisse aus dem Labor zurückkommen, vergeht also wertvolle Zeit. Häufige Krankenhausbesuche und Bluttests sind für die Betroffenen verständlicherweise lästig und unangenehm, aber es gibt derzeit keine andere Kontrollmöglichkeit.

Der Mangel an Testalternativen veranlasste die Studenten der TU_BS zu ihrem Projekt Li+onSwitch, erklärt Daniel, ein Mitglied des iGEM-Teams 2023: „In Deutschland leiden derzeit ungefähr 2,5 Millionen Menschen an einer bipolaren Störung. Zwar gibt es Medikamente, die den Betroffenen helfen können, doch einige  davon – wie Lithium – können mit Nebenwirkungen verbunden sein. Wir waren uns einig, dass ein zuverlässiger Selbsttest zur Früherkennung und Vorbeugung einer Lithiumvergiftung  ausgesprochen hilfreich wäre. Er könnte zu Hause durchgeführt werden und den Betroffenen den Besuch im Krankenhaus ersparen.“

Das Team nutzte einen kürzlich entdeckten Li+-Riboschalter zur Entwicklung eines robusten E. coli Reportersystems. Es kann den Lithiumgehalt in Blut- oder Speichelproben zuverlässig ermitteln. Im Juni 2023 übergab INTEGRA dem Team drei serologische PIPETBOY acu 2-Pipettierhilfen. Die Forschenden setzten diese sofort ein und beschleunigten so die verschiedenen Liquid-Handling-Aufgaben im Zusammenhang mit der Bakterienkultur. Daniel berichtet weiter: „Ein großer Teil unserer Forschung bestand darin, unsere eigenen Plasmidkonstrukte zu entwerfen und potenzielle Reportersysteme zu erproben. Das bedeutete viel Arbeit mit Flüssigkulturen. Wir haben uns sehr über die PIPETBOY-Pipettierhilfen von INTEGRA gefreut. Sie sind schnell zu unverzichtbaren Arbeitsmitteln in unserem Labor geworden, da sie repetitive Pipettiervorgänge erheblich beschleunigen und so die Produktivität im Labor erhöhen. Damit blieb uns mehr Zeit für andere Aspekte unserer Forschung. Sie sind außerdem sehr präzise und haben uns geholfen, die Reproduzierbarkeit und Konsistenz der zahlreichen manuellen Aufgaben bei der Verarbeitung unserer Flüssigproben zu optimieren.“

Die drei Pipettierhilfen wurden in verschiedenen Bereichen des Labors eingesetzt, z. B. unter einer Abzugshaube, sodass sie  stets für die jeweilige Aufgabe  einsatzbereit waren. Außerdem konnten dadurch Kreuzkontaminationen vermieden werden, was für die Genauigkeit der Ergebnisse entscheidend war. Weitere große Vorteile der PIPETBOY-Geräte sind ihr geringes Gewicht und ihr ergonomisches Design. So waren die langen Stunden des Pipettierens für die engagierte Gruppe von Studierenden wesentlich angenehmer. „Früher mussten wir häufig LB-Nährmedium aus unserer Stammlösung in viele einzelne Aliquote von 3 bis 5 Milliliter pipettieren, was mühsam und fehleranfällig war. Mit den PIPETBOY-Pipettierhilfen konnten wir das gesamte benötigte Volumen des Mediums auf einmal aufziehen und dann in die einzelnen Röhrchen dispensieren, anstatt die Flüssigkeit mühsam einzeln aus der Stammlösung in die Zielgefäße zu übertragen. Dies führte insgesamt zu einer enormen Zeitersparnis und verringerte die Belastung für Hand und Handgelenk, die sich nach vielen manuellen Pipettiervorgängen oft bemerkbar machte“, so Daniel.

„Damit ein Lithium-Testsystem für den Hausgebrauch geeignet ist, darf es keine Mikroorganismen enthalten. Unser Ziel war es daher, ein komplett zellfreies Genexpressionssystem zu entwickeln, das auch außerhalb eines bakteriellen Wirts funktioniert. Das erste Projekt war ein erfolgreicher Nachweis der Machbarkeit, und wir hoffen, dass es in naher Zukunft Interesse an dieser Anwendung geben wird“, sagt Daniel abschließend. Das iGEM Grand Jamboree fand vom 2. bis 5. November in Paris statt. Das TU_BS-Team wurde mit dem Preis für das beste Diagnostikprojekt (Overgrad) und einer Goldmedaille ausgezeichnet. Es kam außerdem in die Top 10 der Postgraduierten-Teams und wurde für den Preis „Best New Composite Part“ (Overgrad) nominiert. Diese Erfolge rücken die engagierte Forschung des Teams ins wohlverdiente Rampenlicht.

Literaturangaben

1. Deutsche Gesellschaft für bipolare Störungen e.V. (DGBS). (2023, April 19). dgbs.de. dgbs.de/bipolare-stoerung/verlauf