Was wir von Kieselalgen lernen können

Neue bio-medizinische Klebstoffe nach dem Vorbild von Kieselalgen und künstliche Organe, die aus Zellen gedruckt werden – das sind nur einige der Ideen, denen sich die Wissenschaftler am Dresdner ZIK B CUBE widmen. Mit einer vierten Arbeitsgruppe, die in diesem Jahr etabliert wurde, sind hier inzwischen 69 Mitarbeiter auf international hohem Niveau tätig.

Professor Nils Kröger hat einen weiten Weg auf sich genommen. Der Biochemiker ist vom Georgia Institute of Technology in Atlanta in das beinahe 8.000 Kilometer entfernte Dresden gekommen. Seit Januar leitet er die neue Forschungsgruppe „Biomimetische Materialien“ bei B CUBE. Die interdisziplinäre Arbeit am ZIK hätte ihn überzeugt, meint Kröger.

Elektronenmikroskopische Aufnahme der Zellwand einer Kieselalge – diese erstaunlichen Nanostrukturen wollen B CUBE-Wissenschaftler entschlüsseln.
Elektronenmikroskopische Aufnahme der Zellwand einer Kieselalge – diese erstaunlichen Nanostrukturen wollen B CUBE-Wissenschaftler entschlüsseln.

Sein besonderes Interesse gilt den Kieselalgen. Die so genannten Diatomeen erzeugen 20 Prozent des Sauerstoffs, der weltweit durch Photosynthese produziert wird. Die Zellwände dieser Algenart bestehen aus Siliziumdioxid, sozusagen biologisches Glas, mit erstaunlichen Nanostrukturen.

Kröger und sein Team wollen herausfinden, wie die Strukturen entstehen, um diese zu imitieren. So könnten neue, funktionelle Nanomaterialien hergestellt werden, beispielsweise für Katalysatoren oder Sensoren.

Kieselalgen haben noch andere interessante Eigenschaften: Durch einen speziellen Schleimstoff können sie auf allen Oberflächen unter Wasser haften. Nils Kröger möchte die Biochemie des Stoffes aufklären. Mit diesem Wissen könnten neuartige biologisch-medizinische Klebstoffe für die Behandlung von Wunden entwickelt werden.

Menschliche Organe aus dem Drucker

Statt nur zu reparieren, ist es inzwischen sogar möglich, neue Strukturen aus lebenden Zellen zu produzieren. Ein Mitarbeiter der B CUBE-Forschungsgruppe von Dr. Yixin Zhang arbeitet derzeit daran, dreidimensionale Strukturen aus Zellen zu drucken. Auf diese Weise könnte sogar ein ganzes Organ entstehen.

Die künstliche Niere aus dem 3D-Drucker ist zwar noch Zukunftsmusik, aber die Forschung von Zhang und seinen Mitarbeitern kann Patienten mit transplantierten Organen auch auf andere Weise helfen. Um das Abstoßen des fremden Organs zu verhindern, müssen diese Patienten immunhemmende Medikamente nehmen. Zhangs Gruppe will die Aktivität solcher Substanzen optimieren.

Nicht minder relevant für den medizinischen Fortschritt ist die Arbeit von Dr. Michael Schlierf und seinem Team. Mit speziellen Technologien wollen sie Prozesse in Zellen auf molekularer Ebene verstehen. In einem Kooperationsprojekt mit dem Pariser Institut Pasteur hilft Schlierf aufzuklären, wie sich Multiresistenzen in Bakterien übertragen. Unter Antibiotika-Einwirkung geraten Bakterien in eine Stresssituation. Um zu überleben, tauschen sie genetische Informationen untereinander aus. Resistenzen werden so übertragen. Schlierf und seine französischen Kollegen untersuchen nun, wie dieser Prozess abläuft.

And the Winner is...

Dr. Michael Schlierf gehört auch zu den Betreuern der äußerst kreativen Masterstudentengruppe „Dresden Nanosaurs“. Die jungen Forscher aus aller Welt haben den internationalen Wissenschaftswettbewerb „BIOMOD“ an der renommierten Harvard University gewonnen.

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Ihre Idee ist eine Art DNS-Origami. Durch die clevere Faltung von DNS haben sie ein schaltbares Haftsystem für Lipidmembranen entwickelt. Diese Membranen umschließen die Zellen. Mit Hilfe eines solchen Systems können zum Beispiel Medikamente gezielt an Krebszellen anhaften und diese zerstören.

Ein weiterer Höhepunkt war die erfolgreiche Bewerbung der TU Dresden bei der Exzellenzinitiative des Bundes, wie Professor Stefan Diez, Leiter der Arbeitsgruppe „BioNano Tools“ und derzeitiger Sprecher des ZIK, berichtet. Die B CUBE-Wissenschaftler sind in zwei Dresdner Exzellenzcluster und die dortige Graduiertenschule eingebunden. Außerdem sind sie dabei, eine Forschergruppe aufzubauen, die von der DFG gefördert werden soll. Die Gruppe, deren Sprecher Professor Nils Kröger ist, beschäftigt sich mit der Biomineralisation in Kieselalgen. Damit könnte das Dresdner ZIK B CUBE weltweit noch größere Beachtung finden.


Weitere Informationen über das ZIK B CUBE finden Sie hier.