Edgardo Santiago-Rivera braucht ein ruhiges Händchen. Der Biowissenschaftler sitzt am Mikroskop und hält eine narkotisierte Spinne in der Hand. Dann sticht er mit einem feinen Röhrchen eine Proteinmischung in das Tier. Dabei darf die Mikrokapillare nur die Eierstöcke treffen. Werden Organe beschädigt, würde die Spinne sterben.
Der Versuch ist Teil eines Forschungsprojekts an der Uni Bayreuth, bei der das Erbgut von Spinnen verändert werden soll – damit die Fasern der Spinnenseide noch bessere Eigenschaften bekommen.
Faden der Spinne „könnte viel besser sein“
An der Hochschule in Bayreuth forschen Wissenschaftler bereits seit Ende 2001 zum Thema Spinnenseide. Sie ist eine Faser, die die Menschen schon lange fasziniert, erklärt Thomas Scheibel. „Deswegen möchte die Menschheit diese Faser nachbauen“, so der Professor für Biomaterialien. Der Prozess der Seidenherstellung in der Spinne wurde bereits entschlüsselt. Der Mensch kann also Spinnenseide nachahmen und herstellen.
Inzwischen haben die Forscher festgestellt, dass die Spinne sogar noch mehr kann, als nur reißfeste Fäden zu produzieren. „Die Spinne hat schon einen tollen Faden, aber er könnte noch viel besser sein. Die Spinne braucht es nur nicht. Und genau diese Lücke wollen wir jetzt füllen. Wir wollen das ausnutzen, dass eigentlich noch viel mehr Potenzial drinsteckt. Wir wollen noch bessere Fäden“, erklärt Scheibel.
Spinne erhält neue Erbinformation
Um dieses Potenzial in der Spinne voll auszuschöpfen, muss die Spinne sozusagen neu programmiert werden. Mithilfe einer sogenannten Gen-Schere kann die Erbinformation der Spinne aufgeschnitten werden. „Der Trick ist, dass ich nach dem Aufschneiden diesem System neue Informationen anbiete, die jetzt zusätzlich eingebaut werden“, sagt Materialwissenschaftler Scheibel.
Für das Experiment brauchen die Wissenschaftler ein unbefruchtetes Spinnenweibchen, damit die neuen Erbinformationen in die Eierstöcke gelangen. Um zu sehen, ob der Versuch überhaupt klappt, nehmen die Forscher als Erbinformation zunächst die Eigenschaft, dass der Spinnennachwuchs einen roten Faden spinnen soll. Soweit die Theorie.
Nachwuchs der Spinne ist gentechnisch verändert
In der Praxis wird das Spinnenweibchen zunächst mit Kohlendioxid in Narkose versetzt. Dann wird ein Protein-Cocktail dosiert, in dem die neuen Erbinformationen enthalten sind. Sie werden in die Spinne eingesetzt. Das Tier erhält quasi ein Update.
Nachdem das Spinnenweibchen aus der Narkose erwacht ist, kommt es zur Begattung mit einem Männchen zusammen, sagt Scheibel: „Während dieses Prozesses werden dann die Eier zum einen befruchtet und die Gen-Schere geht in die Eier. Wenn die Eier dann schlüpfen, wird der Nachwuchs gentechnisch verändert sein.“
Wissenschaftler wollen weitere Enzyme in Spinne einbauen
Im Mikroskop sieht man den Beweis: Der Faden einer bereits geschlüpften genveränderten Spinne ist rot. In dem Fall wurde das Erbgut zur Veranschaulichung nur auf farbige Spinnenseide programmiert.
„Was wir jetzt machen wollen, ist zum Beispiel Enzyme mit einzubauen, die eine bestimmte Eigenschaft haben. Zum Beispiel Antibiotika abzubauen“, sagt Scheibel. Dadurch könnte aus der Seide eine Membran gebaut werden, die ein Enzym zum Abbau von Antibiotika beinhalte. Daraus wiederum könne man eine Filtermembran erstellen, um Krankenhausabwässer effizienter von Antibiotika zu reinigen.
Forschung ohne Spinne? „Dann hätten wir ganz viele Fehlschläge“
Die Forscher an der Uni Bayreuth haben in der Spinne also eine neue Möglichkeit entdeckt, um Fäden mit neuen Eigenschaften herzustellen. „Denn wenn das in der Spinne funktioniert, können wir das auch einfach in einem technischen Prozess umsetzen“, ist sich Scheibel sicher.
Aber braucht es für die Forschung unbedingt Tiere? „Wenn wir das in einem technischen Prozess überprüfen müssten, dann würde das Monate oder Jahre dauern. Und wir hätten ganz viele Fehlschläge“, erklärt Scheibel. Die Wissenschaftler versuchen deshalb, durch den Umweg über das Tier, schneller an die Informationen zu kommen.
Die Spinnen sind das Vorbild. Das Ziel der Forscher: Sie wollen künftig künstliche Spinnenseide herstellen – ohne die Tiere, aber mit all den vorteilhaften Eigenschaften.
