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Im Wettlauf mit dem Klimawandel

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Studentin Jessica Baumann beim Experimentieren mit Tabakblättern. © iGEM-Team 2021

Studierende gewinnen mit ihrer selbst entwickelten Technologie zur Steigerung der Klimaresistenz verschiedenster Pflanzen einen internationalen Wettbewerb.

Marburg . Mit ihrer Technologie könnte sich die Entwicklung klimaresistenter Pflanzen rasant beschleunigen lassen: Ein Team von 17 Marburger Studierenden unterschiedlicher Fachrichtungen wurde dafür unter 6000 Teilnehmern mit dem Gesamtsieg beim internationalen iGEM-Wettbewerb (international Genetically Engineered Machine Competition) für synthetische Biologie ausgezeichnet.

Wie viele Fehlversuche das Team um Sara Gilles und Jonas Freudigmann hinnehmen musste, haben die Studierenden irgendwann nicht mehr gezählt. Es waren Hunderte: »Sechs Monate lang hat fast gar nichts geklappt, dann plötzlich ganz viel«, sagt Coach Réné Inckemann. Dafür verbrachten sie fast jede freie Minute in den Laboren des Max-Planck-Instituts auf den Marburger Lahnbergen. Am Ende übernachteten sie sogar in den Büros, um die Ergebnisse rechtzeitig zusammentragen zu können.

Landwirtschaft steht vor riesigen Herausforderungen

Das Ziel ist ehrgeizig: Mit ihrer Forschung wollen sie einen Beitrag zur Ernährungssicherheit auf der Erde leisten. Denn der Klimawandel stellt auch die Landwirtschaft vor riesige Herausforderungen. Um genügend Getreide, Reis, Soja und andere Grundnahrungsmittel zu produzieren, müssen sich die Nutzpflanzen an die veränderten Temperaturen anpassen. Doch normalerweise dauert es Jahre, um neue Pflanzenarten zu entwickeln, die etwa Dürren, Hitze und Überschwemmungen besser aushalten. Das könnte nun deutlich schneller gehen.

Für ihre Experimente haben die Studierenden mehr als 100 Kilogramm Pflanzenmaterial ins Labor getragen: In den Gewächshäusern der Uni zogen sie Mais, Getreide, Raps, Soja, Tomaten, Reis und Tabak. Auf dem Markt kauften sie den frischen Spinat von Gemüseständen an manchen Tagen völlig auf. Und von den 50 Jahre alten Eichen vor dem Uni-Institut für Biologie sammelten sie die Blätter kiloweise.

An etwa einem Dutzend Pflanzenarten erprobten sie ihr Konzept. »Dazu haben sie sogenannte zellfreie Systeme entwickelt, die es erlauben, genetische Bausteine zu testen, ohne die Erbinformation DNA in eine lebende Zelle einbringen zu müssen«, sagt der Marburger Pflanzenphysiologe Prof. Lars Voll. Er betreute das Team gemeinsam mit Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie. Zunächst zerkleinerten die Studierenden die Pflanzen in einem handelsüblichen Mixer. Sie isolierten die Chloroplasten - also die Zellbestandteile, die Photosynthese betreiben - mithilfe von Zentrifugen. Dann wurden zellfreie Systeme entwickelt, die sie mit unterschiedlichen genetischen Pflanzenbausteinen kombinierten. Getestet wurde, ob die Kreuzungen grundsätzlich möglich sind. Daraus könnte man innerhalb kurzer Zeit Prototypen für die Landwirtschaft entwickeln, die zum Beispiel Hitzestress besonders gut vertragen.

Mehrere Sponsoren und Experimente für Schulen

Und nach vielen Versuchen klappte dies auch für Weizen, Reis, Tabak und Spinat. »Wenn man es einmal herausgefunden hat, dauert es nur wenige Tage«, sagt Biologiestudent Tristan Krause. »Dann kann man mit den besten Kandidaten in die finale Phase gehen«, ergänzt Réné Inckemann. Das Verfahren klappt sogar bei den heimischen Stieleichen, für die man sonst Jahrzehnte bräuchte.

Mit ihren Ergebnissen überzeugten die Marburger Studierenden die Jury schon zum zweiten Mal: Bereits 2018 holte ein Team der Philipps-Universität den renommierten Preis für synthetische Biologie nach Marburg - damals für ihre Suche nach Wegen, um klimaneutrale Treibstoffe oder Bioplastik herzustellen. Nun mussten sie sich erneut unter 350 Gruppen mit 6000 Teilnehmern aus der ganzen Welt behaupten. Neben dem Gesamtpreis holten sie elf von 18 Preisen in weiteren Kategorien. Mit Unterstützung der Philipps-Universität, der Stadt Marburg und mehreren Sponsoren aus der Industrie stellten sie ihre Forschungen in Paris vor.

Die Studierenden dokumentierten ihre Forschungen nicht nur ausführlich im Internet, sie sprachen auch mit der Kommission für biologische Saatgutforschung, mit Landwirten aus der Region und gingen zu Saatgut-Firmen, die großes Interesse zeigten. Sie stellten ihre Ergebnisse dem Marburger Oberbürgermeister Thomas Spies vor.

Und sogar die Schulen profitieren. Das Team erprobte sogenannte »zellfreie Lehrkits« in der Martin-Luther-Schule. Auf diese Weise erfuhren die Jugendlichen ganz praktisch, wie man mit einem zellfreien System Proteine herstellt. Die Experimente sollen nun an weiteren Schulen eingeführt werden.

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