Mikroorganismen regieren die Welt, zumindest zahlenmäßig. Scharenweise sitzen sie zum Beispiel auf Tischplatten, Türklinken, Tastaturen und auf allen nur erdenklichen anderen Oberflächen. Solange es sich um ungefährliche Spezies handelt, mag das egal oder allenfalls eklig sein – handelt es sich jedoch um pathogene Vertreter, sind sie im schlimmsten Fall tödlich.
Statt ihre Ausbreitung mit Chemie und ständigem Wischen zu bremsen, könnte man die Pathogene doch auch mit biologischen Mitteln daran hindern, auf Oberflächen Fuß zu fassen – so die Idee des diesjährigen iGEM-Teams der Universität Stuttgart. Mit dem Projekt The Anti-Germ Coating (TAGC) räumte die von Martin Siemann-Herzberg vom Institut für Bioverfahrenstechnik betreute Gruppe im November sogar eine Goldmedaille beim iGEM-Wettbewerb in Boston ab.
Wie sieht die Anti-Keim-Beschichtung der Stuttgarter konkret aus? Die Oberflächen werden mit einem für Erreger toxischen Biopolymer überzogen, dessen Grundgerüst das Polysaccharid Chitosan bildet. Für die Synthese des Chitosans in E. coli mithilfe der Enzyme Chitinsynthase und Deacetylase griffen die Stuttgarter auf die Expressionskassetten (BioBricks) eines früheren iGEM-Teams zurück. Mit ein paar zusätzlichen Tricks, etwa einem His-Tag, brachten sie die Chitosan-Produktion auf maximale Touren.
Chitosan bildet die hydrophobe Matrix der Beschichtung, fehlen noch die antibakteriellen Substanzen. Hierzu verknüpften die Stuttgarter das Chitosan-Gerüst mit dem Glycolipid Rhamnolipid und dem antimikrobiellen Peptid Nisin. Rhamnolipide reduzieren die Oberflächenspannung und hemmen hierdurch das Wachstum von Bakterien und verhindern die Ausbildung bakterieller Biofilme. Nisin ist ein Peptid aus der Gruppe der Lantibiotika (Lanthionin-haltige Antibiotika). Dieses porenbildende Toxin dringt durch Membranen und zwingt so die meisten Gram-positiven Bakterien in die Knie.
Auch das Rhamnolipid stellte das iGEM-Team mithilfe bestehender Expressionskassetten her, und zwar in Pseudomonas putida. Über eine Umesterung konjugierten die Stuttgarter es anschließend mit dem Chitosan-Gerüst. Nisin brachten sie durch eine enzymatische Verknüpfung ins Spiel. Hierzu versah die Gruppe das Nisin-Peptid zunächst mit einem YAAY-Tag (Tyr-Ala-Ala-Tyr). Eine hinzugegebene Tyrosinase verband Nisin anschließend über das endständige Tyrosin kovalent mit Chitosan.
Heraus kam schließlich ein antimikrobielles Biopolymer, das für die Beschichtung beliebiger Oberflächen geeignet ist.
Andrea Pitzschke