Projekt läuft · Synthetische Biologie
BioBrick
Wir entwickeln ein Protein, das an das Beta-Amyloid bindet, jenes Molekül, das sich im Gehirn von Menschen mit Alzheimer ablagert.
- das Gewicht des Proteins, das wir bauen
- 21,2 kDa
- die Aminosäuren jeder der beiden Hälften
- 98
- die möglichen Wege: ein Experiment entscheidet, welcher
- 2
- Teams im Rennen bei iGEM, 2025
- 412
Für alle, die kommen aus Biologie, Biotechnologie, Bioinformatik, Chemie, Medizin
Das Problem
Bei Alzheimer lagert sich im Gehirn ein Protein namens Beta-Amyloid ab und verklumpt mit sich selbst: erst kleine Klumpen, dann Plaques.
Die zugelassenen Medikamente sind Antikörper, die sich an das Amyloid heften und es abtransportieren lassen. Sie wirken, und der Nutzen ist real, aber sie zahlen zwei Preise.
| Wie viel | Was das bedeutet | |
|---|---|---|
| Es kommt wenig an | unter 1% | der Anteil des Medikaments, der aus dem Blut das Gehirn erreicht, geschätzt in mehreren Studien |
| ARIA | 12,6% gegenüber 1,7% | Schwellungen und Mikroblutungen in der Lecanemab-Studie, gegenüber der Placebogruppe |
Wie wir es sagen. Die ARIA hängt nicht nur von dem Teil des Antikörpers ab, der die Immunabwehr aktiviert: Auch der Zustand der Hirngefäße und das genetische Profil der Person, die das Medikament bekommt, spielen eine Rolle. Diesen Teil zu entfernen senkt einen Teil des Risikos, beseitigt es aber nicht. Wir schreiben „mit verringerter Immunaktivierung“, nie „nicht entzündlich“.
Die Idee
Es gibt einen anderen Weg, ein Molekül aus dem Weg zu räumen: eine LYTAC. Das ist ein Molekül mit zwei Enden. Eines greift das Ziel außerhalb der Zelle, das andere dockt an einen Rezeptor auf der Oberfläche an. Die Zelle zieht alles nach innen und schickt es zum Lysosom, wo es zerlegt wird. Die Methode stammt aus der Gruppe von Carolyn Bertozzi.
Die bisher veröffentlichten LYTAC nutzen zwei Rezeptoren: einen, der Proteine innerhalb der Zelle sortiert, und einen der Leber. Um das Ziel zu greifen, verwenden sie einen Antikörper.
Wir verändern beide Teile. Statt des Rezeptors verwenden wir LRP1, das auf den Zellen der Hirngefäße sitzt. Statt des Antikörpers verwenden wir eine Z-Domäne: ein kleines Protein, ohne den Teil, der die Immunabwehr aktiviert.
Keine veröffentlichte LYTAC verwendet LRP1. Genau davon hängt die Kandidatur des Projekts ab.
Was wir bauen
Ein einziges Protein, aus Teilen in einer Reihe, hergestellt von einem Bakterium. Das Gen, das es codiert, ist eine Transkriptionseinheit wie viele andere: ein Promotor, der entscheidet, wann es angeschaltet wird, das Gen, ein Terminator, der das Lesen stoppt.
PelB Z(Aβ3) C28 (GGGGS)×3 Angiopep-2 6×His
Kette → ────────────────────────────────────────────→
│
S─S die Brücke zwischen den Cysteinen 28
│
Kette → ────────────────────────────────────────────→
PelB Z(Aβ3) C28 (GGGGS)×3 Angiopep-2 6×His| Modul | Aminosäuren | Was es macht |
|---|---|---|
| PelB | 22 | bringt das Protein ins Periplasma, den Raum zwischen den beiden Membranen des Bakteriums |
| Z(Aβ3) | 58 | bindet an das Beta-Amyloid und hält es haarnadelförmig gefaltet |
| (GGGGS)×3 | 15 | hält die beiden Teile auf Abstand, damit sie sich nicht in die Quere kommen |
| Angiopep-2 | 19 | dockt an LRP1 an |
| 6×His | 6 | dient dazu, das Protein zu reinigen und zu erkennen |
Das Bakterium, das es herstellt, ist Escherichia coli BL21(DE3), ein nicht pathogener Laborstamm. Es steht auf der Whitelist von iGEM, und man arbeitet auf der ersten Biosicherheitsstufe, der niedrigsten.
Das Cystein, das alles entscheidet
Die Z-Domäne allein bindet nichts. Die Form, die funktioniert, ist ein Paar: zwei gleiche Kopien, verbunden durch eine Disulfidbrücke zwischen zwei Schwefelatomen, an Position 28 in beiden.
Die Brücke dient nicht nur dazu, sie zusammenzuhalten. Ohne sie gibt es die Tasche, in der das Amyloid landet, gar nicht: Die beiden Kopien bilden sie je zur Hälfte.
Die Brücke bildet sich von selbst, und das ist der Vorteil des Designs. Das PelB-Signal bringt das Protein ins Periplasma, ein oxidierendes Milieu, und dort verschweißen zwei Enzyme des Bakteriums den Schwefel während des Durchgangs. Kein zusätzlicher Schritt bei der Reinigung.
Das hat eine Konsequenz. Wenn das Protein ein Paar ist, trägt es zwei Angiopep-2 statt eines: Es dockt mit zwei Händen an LRP1 an. Niemand hat einen solchen Griff bei einem Protein dieser Größe gemessen. Deshalb setzen wir ihn nicht als gegeben voraus.
Eine Aminosäure, eine Saison. In einer früheren Version von uns stand an Position 28 ein Threonin statt des Cysteins. Ein einziger Buchstabe, und das Protein hätte nichts gebunden. Bevor die DNA bestellt wird, wird die Sequenz Buchstabe für Buchstabe mit der hinterlegten Struktur und mit dem Originalartikel verglichen.
Das entscheidende Experiment
LRP1 ist kein Verbrennungsofen. Es zieht nach innen, was es bindet, und entscheidet erst danach: Es schickt es zum Lysosom, recycelt es, oder bringt es auf die andere Seite der Zelle. Entscheidend ist, wie fest der Griff ist.
Das erste Experiment misst genau das. Wir setzen das Protein auf menschliche Hirngefäßzellen an und vergleichen es mit einer identischen Version ohne Angiopep-2. Dann beobachten wir, Stunde für Stunde, wie viel davon in den Lysosomen landet.
Es ist die einzige Messung des Projekts, die etwas beweist, das noch niemand veröffentlicht hat. Und es ist das Experiment, das den Weg wählt.
- 01
Strategie A
Wenn wenig davon in den Lysosomen landet, ist das Ergebnis mit dem Durchqueren der Barriere vereinbar. Das beweist es nicht: Der Beweis ist das Barrieremodell im Reagenzglas, und das ist der nächste Schritt.
- 02
Strategie B
Wenn viel davon landet, ist das Ergebnis mit dem Weg zum Lysosom vereinbar. Dann kann das Protein im Blut arbeiten, wo es das Amyloid außerhalb des Gehirns bindet, ohne irgendetwas zu durchqueren.
In beiden Fällen bleibt die Arbeit an der bindenden Domäne gleich: Klonierung, Expression, Reinigung und Thioflavin-T-Test sind identisch. Deshalb kann man beginnen, ohne sich entschieden zu haben, und die Entscheidung wird zu einem Ergebnis des Projekts statt zu einer Voraussetzung.
Was wir zeigen und was nicht
Diese Unterscheidung gilt für alles, was wir über das Projekt sagen, hier und anderswo.
| Es lässt sich herstellen | dass sich das Protein in E. coli herstellen und in der Paarform reinigen lässt | |
|---|---|---|
| Es bindet | dass es an das Beta-Amyloid andockt und dessen Aggregation dosisabhängig verlangsamt | |
| Es schützt die Zellen | dass es die Toxizität des Amyloids auf Zellen in Kultur verringert | |
| Die beiden Teile vertragen sich | dass Angiopep-2 die Z-Domäne nicht am Binden hindert |
| Es ist keine Heilung | keine Wirksamkeit gegen Alzheimer bei einem Menschen | |
|---|---|---|
| Es durchquert nichts | kein Durchqueren der Hirnbarriere in einem lebenden Organismus | |
| Es zerstört nichts | kein Abbau des Amyloids durch das Protein selbst | |
| Es ist kein Medikament | kein für den Menschen nutzbares Profil |
Dann gibt es eine Grenze, die wir selbst als Erste nennen. Das Protein wiegt 21,2 kDa. Die Niere filtert heraus, was unter 60-70 kDa liegt, und hier fehlt auch der Teil, der bei Antikörpern die Lebensdauer im Blut verlängert. Im Blut würde es Minuten überdauern.
Für iGEM ist das kein Problem: Das Projekt zeigt einen Mechanismus, schlägt kein Medikament vor, und die Dauer im Blut kommt in keinem der geplanten Tests vor. Aber man muss es sagen, aus zwei Gründen. Wer sich auskennt, fragt als Erstes danach, und diese Grenze vorwegzunehmen zählt mehr, als erst auf der Stelle zu antworten. Und es ist der natürliche nächste Schritt: ein Stück anzuhängen, das an Albumin bindet, oder mehrere Kopien zusammenzusetzen.
Sechs Phasen, und die Kontrollen, die sie lesbar machen
Ein Test ohne Kontrollen liefert kein schwaches Ergebnis: Er liefert ein Ergebnis, das man nicht verwenden kann. Für jede Phase gibt es die Kontrolle, ohne die sich das Ergebnis nicht lesen lässt, und das ist das Erste, wonach die Jury fragt.
- 1Klonierung und Expression. Die Probe vor und nach dem Anschalten des Gens, auf demselben Gel.
- 2Extraktion und Reinigung. Ein Entsalzungsschritt vor der Nickelsäule: Die Substanz, die zum Aufschließen des Bakteriums dient, trägt das Nickel ab, und die Säule wird entsorgt.
- 3Thioflavin-T-Test. Sechs Kontrollen, darunter die unveränderte Z-Domäne. Danach die Bestätigung unter dem Mikroskop und der Toxizitätstest an den Zellen.
- 4Aufnahme, das entscheidende Experiment. Der Vergleich mit der Version ohne Angiopep-2, die Konkurrenz mit einem anderen Molekül, die Inkubation bei 4 Grad.
- 5Barriere im Reagenzglas. Die Messung der Dichtigkeit und ein Tracer: ohne ihn sind „sie ist durchgekommen“ und „die Barriere war undicht“ derselbe Befund.
- 6Dry Lab. Modelle, die von der bereits hinterlegten Struktur ausgehen. Die AlphaFold-Metriken sagen, wie verlässlich das Modell ist, nicht wie gut das Protein bindet.
Eine flache Kurve reicht nicht. Wenn im Thioflavin-T-Test die Fluoreszenz nicht ansteigt, gibt es vier Erklärungen, und drei davon sind Messfehler: Das Amyloid hat sich auf eine Weise zusammengelagert, die der Farbstoff nicht erfasst, das Protein löscht das Signal, oder das Amyloid hat sich an das Plastik des Napfs geheftet. Man muss die Proben unter dem Mikroskop ansehen und die Toxizität an den Zellen prüfen.
iGEM
iGEM ist der internationale Wettbewerb für synthetische Biologie. Er entstand 2003 als Kurs am MIT; der erste Wettbewerb, 2004, hatte fünf Teams. Seit 2022 findet das Finale, der Grand Jamboree, in Paris statt.
Die Zahlen im Diagramm
| Jahr | Teams |
|---|---|
| 2023 (44 Länder) | 393 Teams |
| 2024 (41 Länder) | 397 Teams |
| 2025 (44 Länder) | 412 Teams |
Seit 2026 wird Gold nicht mehr direkt vergeben: Man erhält es über drei Sonderpreise, die das Team zu Beginn wählt. Die Jury bewertet diese, und Gold ergibt sich daraus. Die Wahl muss im März getroffen werden, denn sie legt fest, was für die ganze Saison gemessen wird.
Eine Saison kostet. Hier unten steht der Kostenplan des Teams, mit der früh bezahlten Anmeldung: Warten kostet 2.200 € mehr, fast genau so viel wie die Zelltests.
Die Zahlen im Diagramm
| Posten | Kosten |
|---|---|
| Anmeldung und Tickets (iGEM-Teilnahmegebühren) | 12.950 € |
| Reise nach Paris (10 Personen, 5 Tage) | 6.650 € |
| Labor (Reagenzien und Material) | 3.920 € |
| Zelltests | 3.000 € |
| Unvorhergesehenes (15%) | 2.290 € |
| Bestätigungen und Versand | 1.250 € |
| Material für die Laborbank | 450 € |
Wo wir stehen
- April 2026Wir haben das Projekt im Palazzo della Borsa vorgestellt, vor Universitäten, Unternehmen und Institutionen.
- August 2026Wir haben festgelegt, woran wir für iGEM 2027 arbeiten, und den Plan geschrieben: das zu bauende Protein, die sechs Laborphasen mit ihren Kontrollen und das Budget.
- HeuteWir gleichen die Sequenz mit den veröffentlichten Strukturen ab. Die DNA wird erst danach bestellt.
- 2027Wir peilen iGEM an, den internationalen Wettbewerb für synthetische Biologie: Das Finale findet seit 2022 in Paris statt.
BioBrick unterstützen
750 € Richtung 7.700 €
Etappe 1 von 4: die Anmeldung bei iGEM
Die Spendenaktion ist in Etappen aufgeteilt, und jede Etappe ist eine konkrete Anschaffung. Wenn wir eine erreichen, veröffentlichen wir ein Video von dem, was wir gekauft haben.
Startet am 15. Februar
Der Kasten kommt von Produzioni dal Basso und lädt nur, wenn du ihn öffnest.
Fotos
Menschen im Projekt
Quellen
- Grönwall und Kollegen, Journal of Biotechnology, 2007: die Z-Domäne, die an das Beta-Amyloid bindet.
- Hoyer und Kollegen, PNAS, 2008, und die Struktur PDB 2OTK: die Haarnadel und die Tasche zwischen den beiden Kopien.
- Hoyer und Härd, Journal of Molecular Biology, 2008: die Brücke zwischen den Cysteinen 28 und die Sequenz.
- Banik und Kollegen, Nature, 2020; Ahn und Kollegen, Nature Chemical Biology, 2021: die ersten LYTAC.
- Tian und Kollegen, Science Advances, 2020: wie der Griff den Weg innerhalb der Zelle entscheidet.
- Demeule und Kollegen, Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics, 2008: Angiopep-2.
- Storck und Kollegen, Journal of Clinical Investigation, 2016: LRP1 und das Amyloid.
- van Dyck und Kollegen, New England Journal of Medicine, 2023: die Studie CLARITY AD.
- iGEM: Reglement, Medaillen, Teilnahmegebühren und Fristen, competition.igem.org.
- Projektdokument und technisch-wirtschaftliches Dokument des Teams, Version 5, August 2026.
Willst du mitarbeiten?
Du brauchst keine Erfahrung und keinen Lebenslauf. Schreib uns: wir laden dich zum nächsten Treffen ein, dort lernst du das Team kennen.