25 Jahre Boku-Nanozentrum

2. Dezember 2005, 17:38
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Künstliche Viren arbeiten als Genfähren

Wien - Mit künstlichen Viren - einer Kombination aus so genannten S-Schichten und Liposomen - wollen Wissenschafter des Zentrums für Nanobiotechnologie an der Universität für Bodenkultur (Boku) Wien der Gen-Therapie auf die Sprünge helfen. Die Nano-Gebilde eignen sich nämlich ausgezeichnet als Genfähren. Das von Boku-Ordinarius Uwe Sleytr gegründete Zentrum feiert am 24. November sein 25-jähriges Bestehen.

Nano-Wissenschaft ist für Sleytr ein Paradebeispiel für das, was neuerdings "Converging Technologies" genannt wird, also eine Technologie, welche die verschiedensten Fachbereiche zusammenführt. Definitionsgemäß beschäftigen sich Nanotechnologen mit Dingen im Größenbereich von Nanometern, also Millionstel Millimetern. Dabei gibt es, vereinfacht gesagt, zwei Fraktionen: die Verkleinerer (top-down) und die Aufbauer (bottom-up).

Verkleinerer

Die Verkleinerer versuchen, Maschinen und Komponenten immer kleiner zu machen und dabei auch in die Nanometer-Distanz vorzudringen. Sleytr und sein Team gehört dagegen zu den Aufbauern. Sie kreieren auf molekularer Basis völlig neue Materialien, maßgeschneidert für den jeweiligen Zweck. Mit so genannten S-Schichten hat der Wissenschafter schon vor Jahren eine Möglichkeit entdeckt, mit der sich wie mit einem Baukasten aus dem Kinderzimmer die verschiedensten Dinge im Nano-Maßstab zaubern lassen, von extrem feinen und selektiven Filtern bis hin zu künstlichen Viren - etwa als Gen-Vehikel.

"Abgeschaut sind die S-Schichten von Bakterien und Archaebakterien", so Sleytr gegenüber der APA. Diese Organismen besitzen als Außenhülle ein zweidimensionales Gitter aus Eiweiß-Kristallen. Im Labor lassen sich die Gitter relativ leicht nachbauen und nach Wunsch verändern, je nach gewünschtem Verwendungszweck. So entstehen Gitter mit genau definierter Maschenweite, die sich etwa als extrem feine Filter anbieten. Die Größe der Einzelzellen des Gitters variiert zwischen drei und 30 Nanometern die Dicke zwischen fünf und zehn Nanometern.

Mikromaschinen

Die Wissenschafter haben gelernt, an den Schichten zusätzlich, funktionelle Eiweiße (Proteine) zu verankern und dadurch für verschiedenste Zwecke taugliche Mikromaschinen entwickelt. Verankert man etwa bestimmte Antikörper auf den Schichten, können diese bestimmte Stoffe aus Flüssigkeiten - wie etwa Blut - fischen. In Kooperation mit der Donauuniversität Krems tüfteln die Boku-Forscher bereits an konkreten Blutreinigungs-Geräten. In einem Fall sollen Autoimmunerkrankungen gelindert werden, indem bestimmte Stoffe aus dem Blut geholt werden. Die Sache wird ansonsten mit Medikamenten erledigt, was stets mit Nebenwirkungen verbunden ist.

In Kombination mit Liposomen - vereinfacht gesagt: winzige Fettkügelchen - lassen sich die S-Schichten auch zu künstlichen Viren verarbeiten. Im Inneren des Liposoms befindet sich beispielsweise ein Stück Erbsubstanz (DNA), außen herum wird eine S-Schicht platziert und darauf wiederum bestimmte Funktionsproteine. Die Funktionsproteine sorgen dafür, dass das ganze Gebilde beispielsweise nur an ganz bestimmten Zellen im Körper andockt. Wie bei einem echten Virus auch, verleibt sich die Zelle das Kügelchen ein und produziert gemäß der Vorgabe der eingeschleusten DNA bestimmte Produkte.

Im Labor funktioniert die Sache bereits einwandfrei: Wird etwa ein Stück DNA für Fluoreszenz in eine Zellen eingebracht, produziert sie anschließend tatsächlich leuchtende Partikel. Für Sleytr wäre der künstliche Virus auch eine ideale Fähre für Gentherapien. So könnten Stücke der Erbsubstanz transferiert werden, ohne dass echte Viren - mit allen Nachteilen - im Spiel sind.

>>> Versuche zur Herstellung von Speichern aus Nanopartikeln

Am Zentrum für Nanobiotechnologie der Boku stehen aber nicht nur Biologie und Medizin im Vordergrund. Unter der Leitung des Physik-Professors Dietmar Pum laufen etwa Versuche zur Herstellung von Speichern aus Nanopartikeln. Wieder dienen S-Schichten als Grundlage, nur werden diesmal keine Biomoleküle, sondern Nanometer kleine Metall- und Halbleiterpartikel darauf platziert. "So könnte eine Speicherkapazität von einem Tera-Bit pro Quadratmillimeter entstehen", erklärte der Wissenschafter. Die Kapazität einer derzeit üblichen Festplatte von 500 Giga-Byte hätte damit auf fünf Quadratmillimeter Platz.

Die jüngste Entwicklung bei den biologisch-medizinischen Anwendungen der Nano-Technologie am Boku-Zentrum sind so genannte Fusionsproteine. Dabei wird von ein und demselben Eiweißstoff sowohl die S-Schicht wie auch die Funktion gewährleistet. Das vereinfacht die Herstellung von Gittern bzw. Kugeln. Bisher musste zuerst der Träger zusammengestellt und anschließend die Funktionsmoleküle darauf verankert werden.

Ph-D-Studium in Kooperation mit mehreren Unis

"Die vielfältigen Ansätze zeigen, dass in der Nano-Wissenschaft Experten der verschiedensten Disziplinen gefragt sind", so Uwe Sleytr. Daher soll das Ph-D-Studium in Kooperation mit mehreren Unis und außeruniversitären Einrichtungen angelegt werden. Die Boku, bzw. das Zentrum für Nanobiotechnologie, wird dabei auch nicht als Leitstelle, sondern nur als Teil eines Netzwerkes auftreten.

Sleytr plant deshalb derzeit auch die Einführung einer Art "Nano-Doktor", also einen PhD-Abschluss in Nanowissenschaften. In Zusammenarbeit mit anderen Unis soll das Studium nicht nur Boku-Absolventen sondern auch Technikern, Physikern, Chemikern, Biologen oder Medizinern offen stehen. 2007 könnten die ersten Nano-Doktoranden ihre Arbeit aufnehmen. (APA)

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