Fabian Hitz (Universität Bielefeld)
Fabian Hitz erhielt den Preis für die beste pflanzenwissenschaftliche Master-Arbeit, die an der Universität Bielefeld im Jahr 2025 erstellt wurde, von der Deutschen Botanischen Gesellschaft für die Arbeit:
Establishment of microinjection-based gene editing and enabling natural photonics in the diatom Coscinodiscus
(in dt: Etablierung des auf Mikroinjektion basierenden Gene Editing und Ermöglichung natürlicher Photonik in der Kieselalge Coscinodiscus)
Die ausgezeichnete Arbeit etablierte zum ersten Mal eine Methode zur Transformation in Diatomeen, welche Mikroinjektion als alternative Strategie verwendet, um fremde Moleküle in Zellen einzubringen.
Die Etablierung der Mikroinjektion ermöglichte die Einbringung von DNA, RNA oder Proteinen für das Gene Editing in Coscinodiscus wailesii. Einzelne single guide RNAs (sgRNAs) wurden entwickelt, um das Adenin-Phosphoribosyltransferase Gen (APT) gezielt zu verändern, da biallelische Knockout-Mutationen Resistenzen gegen das Adenin-Analogon 2-Fluoradenin (2-FA) vermitteln. Zunächst wurde die Toleranz vom Coscinodiscus wailesii Wildtypzellen gegenüber 2-FA untersucht und festgestellt, dass ihre Empfindlichkeit für das Mutanten-Screening ausreichend war. Anschließend wurde die Mikroinjektion erfolgreich etabliert, und die injizierten Zellen wiesen eine Überlebensrate von bis zu 70 % auf. Drittens wurden drei verschiedene Ansätze getestet, um einen APT-Knockout zu erzeugen oder Antibiotikaresistenzen zu vermitteln. Dazu wurden entweder Plasmid-DNA, Cas9-mRNA oder -Protein zusammen mit der zuvor erwähnten sgRNA in unterschiedlichen Konzentrationen injiziert. Obwohl in dieser Studie keine biallelischen Knockouts des APT-Gens erzeugt werden konnten, zeigte sie, dass die gezielte Veränderung dieses Gens eine anwendbare Methode ist, um Mutationen in C. wailesii einfach nachzuweisen. Aufgrund ihrer Größe gestaltet sich die Transformation von C. wailesii mit herkömmlichen Methoden schwierig, weshalb sich die Mikroinjektion als vielversprechende Alternative erwiesen hat. Die Genomeditierung in C. wailesii kann dann genutzt werden, um die Bildung der Zellwand dieser Kieselalge mittels reverser Genetik zu untersuchen. Die Zellwand von C. wailesii ist dabei von besonderem Interesse, da sie Eigenschaften von sogenannten „slab photonic crystals“ aufweist (d. h. Teile der Zellwand sind in der Lage Licht abhängig von der Wellenlänge zu absorbieren oder reflektieren). Die Untersuchung der zugrundeliegenden Mechanismen, die diese optischen Eigenschaften vermitteln, ist entscheidend, um zu verstehen, wie Kieselalgenzellwände zukünftig für industrielle Anwendungen, beispielsweise in optischen Instrumenten, genutzt werden können.
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Fabian Hitz fertigte die Arbeit am Lehrstuhl Cell, Molecular Biology and Genomics in der Arbeitsgruppe von Atle Magnar Bones an der Norwegian University of Science and Technology an. Die Arbeit wurde von Dr. Tore Brembu und Dr. Romy Schmidt-Schippers betreut.
