Die Verschmutzung von Gewässern und Umwelt mit Schwermetallen ist ein globales Problem. Auch in Deutschland gibt es beispielsweise im Ruhrgebiet ausgedehnte Schachtsysteme, die allmählich mit Regenwasser volllaufen. Dabei lösen sich unter anderem giftige, aber auch wertvolle Schwermetalle und es bildet sich Grubenwasser, welches droht unser Grundwasser und Flüsse zu verunreinigen. Gleichzeitig schwinden die auf der Erde vorhandenen Ressourcen an Edelmetallen. Wir vom iGEM Team Bielefeld-CeBiTec 2018 wollen daher zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen: Diese Metalle aus Abwässern aufnehmen und sie wieder für neue Anwendungen nutzbar machen.

Übersich

Fig.1: 1.: Aufnahme von Metallionen mithilfe von Importern. Intrazellulär werden die Ionen reduziert und zu Nanopartikeln zusammengelagert. Diese werden durch Zelllyse freigesetzt. 2.: Die Reduktion findet extrazellulär durch in der Membran verankerte Reduktasen statt. Hierdurch werden Nanopartikel gebildet. 3.: Die Nanopartikel werden weiter aufgereinigt und zu Biotattoos weiterverarbeitet.

 

 

Zu diesem Zweck wollen wir den Mikroorganismus Escherichia coli mit Hilfe synthetischer Biologie dazu befähigen, Metallionen aus Abwässern aufzunehmen und zu reduzieren. Für die Aufnahme der Ionen arbeiten wir mit dem Cu2+- und Zn2+-Importer HmtA aus dem Organismus Pseudomonas aeruginosa und dem Chaperon Cox17 aus Saccharomyces cerevisiae, welches Kupferionen binden kann. Diese Transporter wollen wir so modifizieren, dass sie auch andere Metallionen spezifisch aufnehmen können. Im nächsten Schritt versuchen wir auf Grundlage der Quecksilber Reduktase MerA und verschiedenen Nitratreduktasen neue Reduktionsmechanismen für zweiwertige Metallionen zu entwickeln, um Schwermetallionen zu detoxifizieren und zu isolieren. Die so reduzierten Ionen sollen in Nanopartikeln organisiert und anschließend isoliert werden.

 

Außerdem wollen wir Biotattoos entwickeln, die nach Möglichkeit preisgünstig in einem normalen Tintenstrahldrucker hergestellt werden können. Diese wollen wir als „Proof of Concept“ aus den zuvor gebildeten Nanopartikeln herstellen. Biotattoos können beispielsweise in der medizinischen Diagnostik eingesetzt werden. Die Kommunikation mit den Biotattoos soll mittels near field communication (NFC) und einer selbstentwickelten App erfolgen.

 

Neben den Arbeiten im Labor engagieren wir uns für eine bessere Kommunikation von Wissenschaft in der breiten Öffentlichkeit und bei der nächsten Generation von jungen Wissenschaftlern. Wir haben bereits im Rahmen des Mitmachlabors teutolab Schüler in die Welt der synthetischen Biologie eingeführt, uns in Kooperation mit der btS Bielefeld an einem Workshop zur Umgestaltung der WissensWerkStadt mit einfachen Versuchen für Kinder eingebracht und mit einem aussagekräftigen Vortrag zu unserem Forschungsthema am FameLab in Bielefeld teilgenommen. Auch auf dem Familientag auf der Sparrenburg waren wir wieder zusammen mit der btS Bielefeld vertreten und haben Versuche für Groß und Klein angeboten. Geplant sind außerdem die Durchführung einer Veranstaltung zur Biosicherheit mit geladenen Experten sowie die Betreuung von Versuchen aus der synthetischen Biologie bei der 7. CeBiTec Schülerakademie.