Von Felix Würsten

Biologie hat auf den ersten Blick wenig mit Ingenieurwissenschaften zu tun. Wer als Biologe eine Struktur entwickeln will, die gewisse Funktionen erfüllt, muss sich mit komplexen Systemen herumschlagen, deren Verhalten nicht genau bekannt ist. Demgegenüber entwerfen Ingenieure technische Geräte weitgehend am Computer. Dabei können sie auf eine Vielzahl von standardisierten Bauteilen zurückgreifen, die genau charakterisiert sind. Angesichts der Fortschritte in der Biotechnologie versuchen jedoch immer mehr Forscher, Ansätze der Ingenieurwissenschaften zu kopieren, die Biologie also "engineerable" zu machen.

Der internationale Studienwettbewerb "iGEM 2005" (1)(2), der diesen Sommer durchgeführt wurde, widmete sich nun genau dem interessanten Zukunftsbereich "synthetische Biologie". Neben verschiedenen amerikanischen Spitzenhochschulen war auch die ETH Zürich mit einem interdisziplinären Team aus Elektrotechnikern, Maschineningenieuren, Informatikern und Biologen mit von der Partie. Dieses wurde finanziell von der Schulleitung unterstützt und von Professoren aus sieben Departementen betreut. Anfang November reiste das Team nun zur Schlusspräsentation ans MIT in Boston. (3)

Viel Neues gelernt

In den letzten Monaten mussten die Studierenden eine selbst gewählte Aufgabe lösen. "Obwohl wir den Wettbewerb erst kurz vor den Sommerferien ausschrieben, meldeten sich doch immerhin 20 Kandidaten", berichtet Jörg Stelling, Assistenzprofessor am Departement Informatik. "12 von ihnen - darunter Doktoranden, Master- und Bachelorstudenten - wurden schliesslich ins Team aufgenommen." "Für mich war die Teilnahme vor allem aus wissenschaftlicher Sicht sehr interessant", erklärt Christophe Dessimoz, Doktorand am Departement Informatik. Und sein Studienkollege Alexander Roth bestätigt: "Wir haben in den letzten Monaten sehr viel gelernt und neue Gebiete entdeckt."

Nach einer rund einmonatigen Startphase einigte sich das Team darauf, einen biologischen Zähler zu bauen. Mit einem solchen Bauteil könnte man beispielsweise zählen, wie häufig sich eine Zelle teilt. "Solche Bauteile sind Standard in den Computerwissenschaften, aber völlig fremd in der Biologie. Die Idee haben die Studierenden selbständig entwickelt", erklärt Sven Panke, Assistenzprofessor am Institut für Verfahrenstechnik. Das ETH-Team entwarf dabei eine Struktur, die aus mehreren hintereinander geschalteten Devices besteht, die über definierte Schnittstellen miteinander kommunizieren. "Die Devices haben wir aus standardisierten DNA-Sequenzen aufgebaut, sogenannten BioBricks", erklärt Roth. BioBricks können heute, ähnlich wie Bauteile in der Elektronik, aus einem Katalog ausgewählt werden. Wie weit man sich den Ingenieurwissenschaften in der Denkweise bereits angenähert hat, zeigt sich daran, dass man im Katalog Rubriken wie "inverter", "protein generator", und "cell-cell signaling" findet.

Das Ideal noch nicht erreicht

Nachdem die Studierenden ihre Devices entworfen hatten, liessen sie die neu entwickelten Bauteile von einer spezialisierten Firma synthetisieren. "Mit diesem Vorgehen spart man im Vergleich zum konventionellen Eigenbau viel Zeit", erklärt Panke. Ganz so reibungslos, wie sich das die Ingenieure gewohnt sind, lassen sich solche biologischen Devices heute allerdings noch nicht herstellen. Dies hängt zum einen damit zusammen, dass die Standardbauteile noch nicht genügend genau charakterisiert sind und sich deshalb nicht immer ganz so verhalten, wie man sich das vorstellte. Zum anderen musste das ETH-Team einige BioBricks selbst entwickeln. Die Studierenden schafften es daher nicht, den Zähler bis zur Schlusspräsentation in Boston fertig zu bauen. "Das wollen wir in den nächsten Monaten nun aber noch nachholen", erklärt Dessimoz.

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