Der Haltbarkeitssensor

Jeder kennt das Problem: Man kauft eine Packung Tiefkühlhamburger im Supermarkt, und nachdem ein Teil der Fleischklopse verzehrt wurde, wandert die angebrochene Packung in den Kühlschrank. Denn mehr als einmal sollte man Tiefkühlfleisch ja nicht einfrieren. Doch wie lang sind die restlichen Hamburger im Kühlschrank noch haltbar? Das Verfallsdatum, das auf der Packung steht, gilt nach der Öffnung nicht mehr. Die meisten Verbraucher werfen die Burger nach zwei Tagen in den Müll. Die traurige Bilanz: Ein Drittel aller weltweit produzierten Lebensmittel wird so verschwendet - gerade in der westlichen Welt. Viele Produkte wären jedoch selbst nach Ablauf des Mindesthaltbarkeitsdatums noch lange genießbar.

Bedenkt man, wie teuer es ist, Lebensmittel zu produzieren, wie viel Wasser und andere Rohstoffe dies verbraucht, oder wie viele Menschen auf der Welt hungern müssen, dann ist das wirklich Verschwendung im großen Stil. Dies dachte sich auch die Studentengruppe der Universität Groningen, die ich 2012 im Rahmen eines Wettbewerbs gemeinsam mit anderen Lehrkräften betreute. Die International Genetically Engineered Machine Competition (iGEM) für synthetische Biologie findet jedes Jahr statt. Studenten arbeiten in Teams fünf Monate an einer selbst entwickelten Idee. In allen Projekten wird versucht, Bakterien gentechnisch zu verändern. Es geht darum, etwas Nützliches zu designen, was in der Natur so nicht vorhanden ist - das macht die synthetische Biologie aus.

Die Idee unseres Studententeams war es, einen Biosensor namens "Food Warden" zu entwickeln. Man kann ihn sich wie einen Teststreifen vorstellen, der anzeigt, ob Fleisch noch frisch ist. Die Studenten erschufen ein Bakterium, das die flüchtigen Substanzen erkennt, die von verfaulendem Fleisch ausgehen. Der Mensch kann diese Substanzen, die man sich wie Gase vorstellen kann, weder sehen noch riechen. Erst wenn das Fleisch braun oder lila wird und anfängt zu stinken, merkt man, dass man die Hamburger lieber wegwerfen sollte. Aber schon vorher kann es sein, dass das Fleisch nicht mehr gegessen werden sollte.

Unser neu designtes Bakterium hat eine empfindlichere Nase als der Mensch. Damit es dem Verbraucher anzeigen kann, ob das Fleisch noch gut ist, baute unser Team ihm ein Pigmentsystem ein. Sobald das Bakterium die Gase erkennt, verfärbt es sich. Wir arbeiten in der synthetischen Biologie ähnlich wie ein Automechaniker. Man verändert ein Bakterium, indem man ihm die Eigenschaften eines anderen einbaut - genauso, als würdeman den Motor eines BMW in einen Opel einsetzen. Nach dem Baukastenprinzip entwickelt man so neue nützliche Bakterien. Übrigens sind unsere Bakterien ungefährlich, selbst im Essen. Aber sie sind gentechnisch veränderte Organismen. Es gibt Gesetze, die es verbieten, diese Organismen in die Umwelt zu setzen. Sie müssen in irgendetwas eingeschlossen werden, damit sie nicht direkt mit dem Fleisch und der Umgebung in Berührung kommen. Unser Team entwickelte eine Art Plastikfolie, durch die die Bakterien nicht austreten, aber die Gase eintreten können. In die Folie werden die Sporen des Bakteriums eingesetzt und dann zum Wachsen gebracht.

Jeder kennt diese Knicklichter, die im Dunkeln leuchten, sobald man sie in der Mitte biegt und zwei Komponenten zusammenkommen. Ähnlich ist das bei unserem Biosensor. Man knickt die Folie oder den Teststreifen in der Mitte und die Bakterien kommen mit Wasser und Nährstoffen zusammen, die sie zum Wachsen brauchen. Der aktivierte Biosensor wird auf das Fleisch gesetzt, dessen Haltbarkeit man überprüfen will. Es ist wie ein Schwangerschaftstest. Bei zwei Strichen ist man schwanger. Verfärben sich die Bakterien, gehört das Fleisch in den Müll.

Viele Unternehmen haben sich schon bei uns gemeldet, weil sie unseren "Food Warden" auf den Markt bringen wollen. Allerdings gibt es noch ein paar Hürden zu überwinden, bevor unser Biosensor wirklich in die heimischen Kühlschränke einziehen kann. Denn normalerweise werden gentechnisch veränderte Organismen nur in der Forschung oder Industrie eingesetzt. Hier kennt man die Vorschriften und weiß, wie man mit ihnen umgehen muss. Darin liegt das Hauptproblem: Man kann nie wissen, was der Konsument zu Hause mit solchen Bakterien anstellt. Mein Sohn zum Beispiel ist sehr neugierig. Wenn wir einen solchen Biosensor zu Hause im Kühlschrank hätten, würde er wahrscheinlich eine Schere nehmen und die Folie aufschneiden, um zu schauen, was darin ist.

Das wäre verboten. Die Bakterien sind zwar ungefährlich, aber man kann nie genau wissen, was passiert, wenn sie in die Umwelt gelangen. Es könnte zu einem horizontalen Gentransfer kommen, die Gene unseres Bakteriums könnten auf ein anderes übertragen werden und etwas völlig Unerwartetes könnte entstehen. Es ist auch nicht so schwierig, die Bakterien selbst zu Hause zu züchten, wenn man mal die Sporen aus dem Biosensor hat. Ich glaube nicht, dass wirklich etwas Schlimmes passieren würde, aber die Vorschriften müssen doch beachtet werden. Die Menschen, die diese Gesetze machen, sollten sich darüber bewusst sein, wie schnell sich die synthetische Biologie entwickelt. Die Regeln über den Umgang mit gentechnisch veränderten Organismen sind sehr alt, aus den 1970er-Jahren oder noch älter. Es muss überprüft werden, ob wir die Gesetze nicht an den heutigen Stand der Forschung anpassen sollten. Denn durch neue Werkzeuge ist die Arbeit mit Mikroorganismen heute viel sicherer als noch vor vierzig Jahren.

So wie es im Moment aussieht, kann unser Biosensor nur im professionellen Bereich eingesetzt werden, wo das Fachpersonal auch das nötige Know-how hat. Wir arbeiten daran, das Problem der Freisetzung der Bakterien zu lösen. Wir wollen in den Biosensor eine Art Selbstzerstörungssystem einbauen - auch wieder mithilfe der synthetischen Biologie. Unsere Bakterien werden dann so programmiert, dass sie zum Beispiel nach der Verfärbung bestimmte Moleküle bilden, die sie nicht vertragen. Sie bringen sich sozusagen selbst um.

Unser Biosensor ist wirklich innovativ und originell. Nicht umsonst haben wir den iGEM-Wettbewerb letztes Jahr gewonnen. Über Bakterien, die Gase identifizieren können, wurde bisher sehr wenig geforscht. Jetzt können wir dank der Forschungsarbeit der Studenten auch Biosensoren designen, die auf alle möglichen Arten von Gasen reagieren. Die Bakterien könnten zum Beispiel vor giftigen Gasen in Wohnhäusern warnen, die die Menschen selbst nicht riechen. Die Anwendungsmöglichkeiten sind unglaublich vielseitig.

Bisher wurde die synthetische Biologie hauptsächlich in der Medizin, genauer in der Entwicklung neuer Medikamente, angewendet. Immer häufiger gibt es jedoch Produkte, die nicht nur in der Forschung oder Industrie benutzt werden können. Dazu gehört im Lebensmittelbereich unser Biosensor. Auch im Umweltschutz könnte die synthetische Biologie in Zukunft eine große Rolle spielen. Man denke nur an Ölverschmutzungen oder den Plastikteppich in den Ozeanen. Gentechnisch veränderte Mikroorganismen könnten diese Stoffe "essen" und in harmloses Wasser und Kohlenstoffdioxid umwandeln. In diesem Bereich wird momentan viel geforscht, aber auch hier muss garantiert sein, dass diese Organismen keine negativen oder unerwarteten Effekte haben. Denn so vielversprechend die Projekte in der synthetischen Biologie auch sind, man weiß nicht, welche Wirkung sie auf das Ökosystem haben können.

Protokolliert von Julia Backes