iGEM – das Kernstück der synthetischen Biologie

Stu­den­ti­sche Teams aus der gan­zen Welt ka­men in Paris zu­sammen, um die Er­geb­nisse ihrer ein­jäh­rigen Ar­beit zu prä­sen­tie­ren. Das i­GEM München-Team be­steht aus Stu­die­ren­den ver­schiede­ner Fachrich­tun­gen, unter an­de­rem aus der Mo­leku­lar­bio­lo­gie, Bio­in­for­ma­tik und der Me­dizin und war von zwei der füh­ren­den Uni­ver­sitä­ten Münchens und Deutsch­lands ver­tre­ten, die Ludwig-Ma­xi­mili­ans-Uni­ver­sität (LMU) München und die Techni­sche Uni­ver­sität München (TUM). In die­sem Jahr be­stand das Team unter an­de­rem auch aus Stu­die­ren­den der Elitestudiengänge „Hu­man Bio­logy – Prin­cip­les of Health and Disease“ so­wie „Responsibili­ty in Sci­ence, En­gi­nee­ring, and Techno­logy“.

2024 prä­sentierte iGEM München “Pro­gRAM: Pro­grammab­le RNA Access Memory”. Unser Pro­jekt zielte darauf ab, Zellen die Fähigkeit zu verlei­hen, Er­eignisse in ihrem In­neren auf­zuzeich­nen und sie so zu ihren ei­genen Au­tobiogra­phen zu machen. Die meis­ten exis­tierenden Systeme basieren jedoch auf der DNA, der „Fest­platte“ der Zelle, was den Zu­griff und das Ausle­sen der aufge­zeichneten Informati­onen so­wohl zeit­aufwändig als auch destruktiv macht. 

Um diese Schwie­rig­kei­ten zu überwin­den, ha­ben wir uns von der Funkti­ons­wei­se von Ar­beitsspei­chern in Compu­tern in­spi­rie­ren las­sen, die ein schnelles Speichern und Ab­rufen von Da­ten er­mög­li­chen. RNA, der Bo­ten­stoff der Zel­le, könnte eine ähn­liche Rol­le beim mo­leku­laren Re­cord­ing spie­len. Um auf RNA zu schreiben, ha­ben wir ein inak­tives Cas13b-Enzym ver­wen­det, das mit einer RNA-Desaminase-Do­mä­ne (A­DAR) fusi­o­niert ist. Wenn ein zel­lulä­res Er­eig­nis er­kannt wird, wird eine gRNA ex­pri­miert, um den Edi­tier­komplex zu sei­nem Ziel zu füh­ren. Am Zie­lort kata­ly­siert A­DAR die Desami­nie­rung von Ade­no­sin zu Ino­sin in­ner­halb eines syn­the­ti­schen Auf­zeichnungsbandes. Durch die Desami­nie­rung wird ein Startco­don inak­ti­viert, was zu ei­nem Frame­shift führt und die Ex­pres­sion eines Re­por­ters in ei­nem von drei Fra­mes aus­löst, je nach auf­ge­no­mmenem Zu­stand. Auf diese Wei­se ent­steht ein „Ampel­sys­tem“, das die Überwa­chung des auf­ge­zeichne­ten Zu­stands bei gleichzei­tiger Er­hal­tung der Zellinteg­rität er­mög­licht.

Aber i­GEM ist viel mehr als nur die Ex­pe­ri­men­te im La­bor! Im ver­gan­ge­nen Jahr ha­ben wir hart da­ran ge­ar­bei­tet, die syn­the­ti­sche Bio­logie der brei­ten Öf­fent­lich­keit nä­her zu brin­gen. An­ge­sichts des wachsen­den Ein­flus­ses der künstli­chen In­telli­genz ha­ben wir eine in­ter­dis­zip­linä­re Po­di­um­sdis­kus­sion über die zu­künftige Rol­le der KI in der mo­der­nen Bio­logie or­gani­siert. Un­sere Outreach-Ar­beit um­fass­te auch Ver­an­stal­tun­gen wie den Girls' Day, i­GEM@school, den Tag der Bio­in­for­ma­tik und die Tage der offe­nen Tür an der TUM und der LMU München, bei de­nen wir ein 3D-druckbares Puzzle vor­stell­ten, das das zent­rale Dogma der Mo­leku­lar­bio­logie spie­le­risch und in­ter­aktiv er­klärt.

Dar­über hin­aus ha­ben wir den i­GEM Data Ex­plo­rer ent­wi­ckelt, ein KI-gestütztes Tool, das die um­fang­rei­chen wis­sen­schaftli­chen In­halte in i­GEM-Wikis zu­gängli­cher und in­ter­akti­ver ma­chen soll. Bei mehr als 4.470 Wi­kis, die in über 20 Jah­ren i­GEM-Wett­be­werb ent­stan­den sind, lie­fern die vor­han­de­nen Tools nur ober­flä­chli­che De­tails und las­sen die Tiefe der Pro­jekte nicht er­fas­sen.

Während un­serer Zeit auf dem Grand Jam­bo­ree in Paris hat­ten wir die Ge­le­gen­heit, un­ser Pro­jekt den Teams aus der gan­zen Welt so­wie Ex­per­ten aus Wis­sen­schaft und In­dust­rie in zwei Liv­e-Präsen­tati­onen und an un­se­rem Stand vor­zu­stel­len. Wir sind stolz da­rauf, dass un­sere Be­mü­hun­gen mit einer Goldme­dail­le und einer No­mi­nie­rung für das beste Softwa­re-Tool aus­ge­zeichnet wur­den! Un­sere Rei­se wäre ohne die Un­ter­stüt­zung un­serer Sponso­ren, zu de­nen auch das Eli­te­netzwerk Bay­ern ge­hört, nicht mög­lich ge­we­sen.

Wei­tere De­tails zum Pro­jekt ProgRAM fin­den Sie in un­se­rem Wi­ki: https://2024.igem.wi­ki/munich/.

Text:  Natalia Kuźmierkiewicz, Elitestudiengang „Human Biology - Principles of Health and Disease“