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Wilfried Weber kombiniert Zellbausteine neu

Lange war die Biologie eine rein analytische Wissenschaft. Das heutige Wissen über die Funktionen einzelner Zellkomponenten lässt sich jedoch immer besser auch synthetisch umsetzen. Der kürzlich an die Universität Freiburg berufene Biotechnologe Prof. Dr. Wilfried Weber wollte die Biologie von Anfang an praktisch anwenden. Inzwischen verstehen er und seine Mitarbeiter es gut, Teile von Signalnetzwerken für ihre Zwecke neu zusammenzubauen. So haben sie es zum Beispiel geschafft, die Antibiotika-Resistenz eines Bakteriums auszuschalten.

Prof. Dr. Wilfried Weber © privat

„Etwas Ähnliches passierte in der Chemie schon im Mittelalter“, sagt Prof. Dr. Wilfried Weber, seit Mai 2009 Professor für Synthetische Biologie am Zentrum für biologische Signalstudien (bioss) in Freiburg. „Da haben die Leute allerdings ohne viel Wissen Sachen zusammen gekippt und geschaut, was dabei rauskommt.“ Im gleichen Maße wie die Chemiker der folgenden Jahrhunderte einzelne chemische Prinzipien enthüllt haben, konnten sie sie auch immer besser für ihre Zwecke kombinieren. Die heutige synthetische Chemie durchdringt fast alle Lebensbereiche. Auch Biologen kennen inzwischen zahlreiche molekulare Details der Zelle. Sie haben heute ein enormes Wissen über die systemischen Zusammenhänge ganzer Signal- oder Gennetzwerke. „Was läge näher, als jetzt die bekannten biologischen Bausteine neu zu kombinieren und damit neue Anwendungen zu ermöglichen?“, fragt Weber.

Mit dem biologischen Baukasten spielen

Weber faszinierte diese eher konstruktive Seite der Biologie schon zu Beginn seiner Karriere. 1974 in Reutlingen geboren, entschied er sich nach der Schule für das Studium der Biochemie. Nach dem Grundstudium wechselte er jedoch nach Straßburg, weil ihn dort der trinationale Studiengang Biotechnologie lockte. „In Straßburg gab es neben der Biologie und Biochemie einen zweiten Schwerpunkt auf Verfahrenstechnik und Ingenieurwissenschaft“, sagt Weber. „Das war für mich der perfekte Mix.“ Seine Diplomarbeit machte der Schwabe konsequenterweise bei Novartis in Basel. Schon hier ging es darum, biologische Systeme für industrielle Zwecke zu nutzen. Weber optimierte die Herstellung von Proteinen in Insektenzellen um mehr als 80 Prozent, was ihm 2000 eine Gratifikation der Firma und 2001 den BIOTECHNIKA Studentenpreis für die beste Diplomarbeit des Jahres einbrachte.

Zwischen 2000 und 2003 promovierte er an der ETH Zürich und versuchte, neue biologische Systeme zu finden, in denen sich Antikörper, Hormone oder andere Proteine künstlich herstellen lassen würden. Gleichzeitig machte er eine Zusatzausbildung im Management. Zusammen mit seinem Doktorvater Prof. Dr. Martin Fussenegger gründete er die Firma Cistronics AG, die nach neuen Antibiotika suchte und Produktionsprozesse für Proteine an die Industrie verkaufte. Die Einnahmen finanzierten die weitere Forschung. Zwischen 2003 und 2005 folgte die Postdoc-Zeit am Institut für Biotechnologie. Danach war Weber bis 2008 Gruppenleiter am ETH-Institute for Chemical and Bioengineering. Die Forschung zeigte immer mehr Anwendungspotenzial. Weber und seine Mitarbeiter entdeckten etwa eine Möglichkeit, die Resistenz des Tuberkulose-Erregers gegenüber Antibiotika auszuschalten. Ein Beispiel, das gut zeigt, was Synthetische Biologie kann.

Der Tuberkulose-Erreger Mycobacterium tuberculosis im Elektronenmikroskop © Centers for Disease Control and Prevention: Dr. Ray Butler und Janice Carr

„Antibiotika-Resistenzen treten bei vielen Bakterien auf und stellen heute ein immer größeres Problem dar“, sagt der Biologe. „Die Pharma-Industrie sucht zwar immer nach neuen Antibiotika, aber diese sind nur schwer zu finden. Wir haben den umgekehrten Weg versucht.“ Resistenzen kommen zustande, weil die Bakterien lernen, ein Gegenmittel zu detektieren und entsprechende Antwortreaktionen einzuleiten. Komplizierte Signalnetzwerke in den Bakterienzellen vermitteln diesen Prozess. Weber und seine Mitarbeiter untersuchten diese Signalnetzwerke im Tuberkulose-Bakterium, indem sie sie isolierten und in menschliche Zellen einbauten. Durch die Kombination unterschiedlicher Komponenten fanden sie schließlich einen Schwachpunkt, den sie mit dem kleinen Molekül BV6481 angreifen können. So verliert das Bakterium seine Resistenz. Mit den weiteren Forschungen in diesem Bereich beschäftigt sich nun die von Weber 2008 mitbegründete Firma BioVersys GmbH, der er als Berater zur Seite steht. Es wird jetzt darum gehen, auch andere Bakterien zu untersuchen, zum Beispiel multiresistente Erreger in Krankenhäusern, an denen viele OP-Patienten erkranken.

Im Brennpunkt zwischen den Disziplinen

„Die Berufung nach Freiburg stellt mich nun vor neue Aufgaben“, sagt Weber. Der 35-jährige ist gerade dabei, seine Gruppe am bioss aufzubauen. Er freut sich, in einem interdisziplinären Umfeld zu arbeiten, zusammen mit Physikern, Ingenieuren, Biologen, Chemikern und Informatikern. Die Synthetische Biologie kann seiner Ansicht nach nur im Brennpunkt zwischen diesen Disziplinen vorankommen. Die momentanen Projekte befassen sich unter anderem mit der Entwicklung von intelligenten Medikamentendepots, die Ärzte in kranke Gewebe einführen können. Durch Betätigung eines Schaltermechanismus sollen diese mikroskopischen Behälter dann gezielt und gut dosiert Arzneien freisetzen können. Auch hier hilft die Synthetische Biologie. Die Depots, die aus speziellen Kunststoffen bestehen, sollen Bausteine natürlicher Signalsysteme enthalten, die auf Kommando die Freisetzung von Arzneistoffen veranlassen. Das alles ist momentan noch Zukunftsmusik, aber schon bald genügt vielleicht ein kleines Molekül in einer Tablette, um den Schalter in einem Medikamentendepot umzulegen.

Prof. Dr. Wilfried Weber mit einer Mitarbeiterin im Labor © Prof. Dr. Wilfried Weber

Viel Forschung ist hierfür noch nötig. Weber und sein Team wollen lernen, wie die entsprechenden Signalnetzwerke funktionieren, welche Komponenten notwendig sind, welche Rahmenbedingungen gelten müssen. Bleibt da Zeit für die Familie? Der Wissenschaftler, der früher viel segelte und ruderte, genießt heute jede freie Minute mit seinen drei Kindern im Alter von einem, drei und sechs Jahren. Momentan wohnt die Familie noch in der Schweiz, Webers Frau arbeitet in Basel. Im September ist aber der Umzug nach Freiburg geplant. „Freiburg ist für Familien optimal“, sagt der Biotechnologe und lächelt.

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