BioLab

platform for living matter

Das BioLab ist ein Gestaltungsraum für lebendige Zukünfte. Wir hinterfragen den Status quo biotechnologischer Spannungsfelder und setzen neue Impulse aus der Perspektive von Design und Kunst. Gestalterisch nähern wir uns der Erforschung des verborgenen Lebens. Lebendige Herstellungsweisen, nachwachsende Materialien, adaptive und resiliente Produkte und Systeme betrachten wir als zukunftsorientierte Felder, die einer explorativen Auseinandersetzung bedürfen.

Durch professionelle Anleitung erhalten Studierende im BioLab einen Zugang zu biotechnologischen Methoden und lernen, mit lebenden (Mikro-) Organismen und deren Produkten vielfältige Zukünfte zu entwerfen. Eine Kultur der Offenheit und Transparenz ermöglicht es, unvoreingenommen die Grenzen von Natur, Kultur und Technik zu diskutieren und auszuloten. Ethische Fragen zur biotechnologischen Zukunft stellen einen Schwerpunkt des Diskurses und öffentlichen Dialogs dar.

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Symbiotic Subjects – Beneficiary Relations and Interactions

Das Thema „Symbiotic Subjects – Beneficiary Relations and Interactions“ dient als übergreifendes Dach für die Experimente im BioLab. Mit diesem Fokus erforschen wir, wie Mensch und Organismus in Zukunft interagieren können, um neue Prozesse, Produkte oder Dienstleistungen zu gestalten.

Mikroorganismen sind vielfältig und besitzen, obwohl die meisten kaum mit bloßem Auge zu erkennen sind, erstaunliche Fähigkeiten. Beispielsweise stellt Acetobacter xylinum ein textilartiges Material her, das als vegane Leder-Alternative genutzt wird. Andere Mikroorganismen wie Shewanella oneidensis sind bekannt dafür, Elektrizität zu produzieren oder werden sogar bei der Reinigung radioaktiv verseuchter Böden eingesetzt.

Die gemeinsame und für unsere Versuche vielversprechende Eigenschaft aller Mikroorganismen ist ihre Fähigkeit zu wachsen. Wir stellen uns dabei die Fragen: Wie kann das Wachstum planbar gemacht werden? Wie können wir das Wachstum gestalterisch nutzen? Und welche Rolle nimmt der Organismus im Gestaltungsprozess ein? Ist er Material, Formgeber, Co-Creator oder etwas völlig anderes?

Teilprojekt Living Layers

Das BioLab widmet sich im Projekt „Living Layers“ der Einbettung von lebenden Mikroorganismen in Materialien, Membranen und textile Flächen. Anhand der experimentellen Verknüpfung von textilen Technologien mit biotechnologischen Prozessen untersucht das Projekt die Potenziale, die aus den symbiotischen (Schicht-)Systemen entstehen. Dabei kombinieren wir konventionelle Formgebungsmethoden, wie den 3D-Druck, Dipmoulding oder sogar Electro-Spinning mit einer explorativen Arbeitsweise. So ergibt sich die Möglichkeit, Oberflächen und Strukturen mit völlig neuen Eigenschaften zu gestalten. Außerdem wird dabei ausgelotet, welcher Handlungsspielraum dem Lebendigen zukommt, inwiefern es bei der Gestaltung des Materials selbst mitwirkt oder in Interaktion mit der Umwelt tritt.

Teilprojekt Bio.Lumina

Das Projekt untersucht die grundlegenden biochemischen und strukturellen Eigenschaften, die benötigt werden, um mikrobielle Aktivität in neuen Materialien zu erhalten und zu steuern. Dies erfolgt am Beispiel von biolumineszenten Bakterien, die in einer symbiotischen Beziehung mit zahlreichen Meeresorganismen stehen. Unsere Forschung fokussiert den Hawaiianischen Bobtail-Tintenfisch Euprymna scolopes. In seinem Lichtorgan züchtet er biolumineszente Bakterien, Aliivibrio fischeri, um seinen eigenen Schatten in der Nacht zu verbergen. Dieser Prozess beinhaltet eine gezielte Selektion und Kultivierung sowie die Steuerung von Quorum-Sensing-Mechanismen innerhalb der A. fischeri-Population. Ziel ist es, die gewonnen Erkenntnisse auf verschiedene Kontexte und Materialien zu übertragen, um so lebende Mikroorganismen – auch über die leuchtenden Bakterien hinaus – in Produkte einbetten zu können. Wir erhoffen uns, aktive mikrobielle Materialien zu erzeugen, die mit Fertigungstechniken wie dem 3D-Druck oder Elektrospinning verarbeitet werden können.

Das BioLab bietet alle Voraussetzungen, um einen niedrigschwelligen Zugang zu biowissenschaftlichen Arbeitsweisen an der BURG zu gewährleisten. Dazu gehören eine adäquate Ausstattung und die professionelle Anleitung. Zum einen verfügt das Labor über biotechnologische Geräte auf dem neuesten Stand der Technik. Zum anderen hält es alle notwendigen Organismen und chemischen Substanzen bereit für die Anwendung in den gängigen biowissenschaftlichen Methoden.

Studierende können mit Mikroorganismen experimentieren wie Pilzen, Bakterien, Algen sowie mit deren Produkten, zum Beispiel Fasern, Bioplastik, Cellulose, Farbstoffen usw., oder deren Fähigkeiten wie Biolumineszenz. Wir haben außerdem die Möglichkeit, eine Vielzahl von Chemikalien einzusetzen, um biologische Materialien aufzubrechen und Substanzen zu extrahieren. Zukünftig stellen wir außerdem das Equipment zur Verfügung, um DNA und entsprechende Proteine zu isolieren.

Geräte & Verbrauchsmaterialien

  • Stereomikroskop Leica EZ4 W

  • Vergrößerungsbereich 8x bis 35x, LED-Auflicht- und Durchlichtbeleuchtung, Digitalkamera mit 1-500 ms Belichtung Live-Bild bis max. 30 Bilder/s, 5.0 Megapixel Vollbild, max. 1920 x 1080 Videoclip, Datenübertragung per USB2, HDMI, WiFi oder Netzwerk
  • Durchlichtmikroskop BRESSER Science Infinity Mikroskop (30)

  • Unendlich korrigierte Optik, Planachromatische Objektive: 4x, 10x, 40x, 100x (Öl), bis zu 1000-fache Vergrößerung, WF 10x Okulare mit großem Sehfeld (22 mm) und Dioptrienausgleich, Köhlersche Beleuchtung mit integr. Leuchtfeldblende, Koaxiale Objekttischverstellung, Koaxiale Grob- und Feinfokussierung, Trinokular, zum Anschluss einer C-Mount Kamera und Okularkamera, 3W LED-Beleuchtung (regelbar), Dunkelfeld-Kondensor zur Kontraststeigerung, Eignung für Objekte mit wenig eigenem Kontrast, Geeignet für Trockenobjektive, Software für Windows 10, Anschluss an PC mit USB-Verbindung, Bildformat jpg, bmp, tif, png, Videoformat avi
  • Universalzentrifuge Heraeus Megafuge 16R

  • Max. RZB: 25.830 x G, Max. Geschwindigkeit: 15.200 U/min, Fassungsvermögen: 4 x 400 ml
  • Inkubationsschüttler New Brunswick™ Innova® 40/40R

  • Vielseitige Universalplattform, Einsätze für Erlenmeyer-Kolben von 50 ml bis 3 l, Inkubationstemperatur bis 80 °C
  • Sterilwerkbank

  • Laborabzug

  • Autoklav

  • pH-Meter

  • Schnellkochtopf

  • Standinkubator

  • 3D-Drucker

  • Druckvolumen: Ø 200 mm x 400 mm, Min. Schichthöhe: 0,5 mm, Max. Druckgeschwindigkeit: 150 mm/s, Max. Fahrgeschwindigkeit: 150 mm/s, Beschleunigung: 500 mm/s², Materialien: Porzellan, Irdengut, Ton, andere pastöse Materialien, Konfigurierbare Tools: LDM WASP Extruder mit 1,2 mm, 2 mm Düse (Standard); Software: Betriebssysteme Windows, Mac, Linux, Slicing-Software kompatibel mit allen Slicing-Softwares (Cura, SLic3r, Simplify3D)u, Dateiformate: .stl, .obj, .gcode, Interface: SD Karte, LCD Bildschirm, Abmessungen: Größe: 44cm x 49 cm x 87 cm , Gewicht 40 kg Mechanik: Fahrgestell und Gehäuse: Blech (verringert Maschinenvibration und gewährt die beste Druckqualität), Aluminium, lackierter Stahl, Druckbett: mehrschichtiges Holz, Bewegungen: gleitet auf eloxiertem Aluminium, drei offene Seiten geben die Möglichkeit, den Drucker zu stoppen und mit ihm zu interagieren, während er druckt
  • Electrospinning

  • Hochspannungsnetzteil 0–40 kVolt (inkl. Kabel und Klemmen), Spritzenpumpe (inkl. Spritze und Schlauch), leitender Kollektor, leitende Spinndüse (verschiedene Spinndüsen-Nadeln verfügbar: verschiedene Durchmesser und Versionen, z.B. koaxiale Spinndüsen-Nadel), Materialien: Verschiedene Polymerlösungen enthalten geeignete Lösungsmittel und Polymere wie z.B.: Seidenfibroin, PCL (Polycaprolacton), Celluloseacetat, PVDF, PET, Nylon
  • Feinwaagen

  • Rührer

  • Pipetten

  • Laborkühl- und -gefrierschrank bis -20 °C

  • Gefahrstoffschrank für Säuren, Laugen und organische Lösemittel

  • Laborglaswaren (Erlenmeyerkolben, Reagenzgläser, Bechergläser, Schott-Flaschen, Messzylinder etc.)

  • sterile Einmalartikel (Spritzen, Sterilfilter, Pipettenspitzen, Skalpell, Zentrifugenröhrchen etc.)

Organismen (Auswahl)

  • Aliivibrio fischeri (Bakterium) – biolumineszentes Bakterium
  • Chlorella vulgaris (Grünalge) – sehr gut kultivierbare Mikroalge, wissenschaftlicher Modellorganismus, betreibt Photosynthese, hoher Proteingehalt
  • Cupriavidus necator (Bakterium) – synthetisiert PHB – Polyhydroxybutyrat (ein Polyhydroxyalkanoat (PHA))
  • Dunaliella salina (Grünalge) – salztolerant, potenziell ß-Carotin-produzierend
  • Ganoderma lucidum (Glänzender Lackporling, parasitär oder saprotroph)
  • Ganoderma lingzhi (sog. Reishi-Pilz, vermutlich Subspezies von G. lucidum)
  • Ganoderma resinaceum (Harziger Lackporling, Subspezies von G. lucidum)
  • Gluconacetobacter xylinus (Bakterium) – produziert Cellulose und sezerniert sie ins Kulturmedium
  • Inonotus obliquus (Schiefer Schillerporling, Parasit v.a. an Birken)
  • Laetiporus sulphureus DH158 (Baumpilz) – schwefelgelbe bis orangefarbene Pigmente, Holzzersetzer, Chicken of the woods
  • Laetiporus cincinnatus DH165 (Baumpilz) – wie Laetiporus sulphureus, bevorzugt Eichen
  • Lyngbya sp. (filamentöses Cyanobakterium) – „Blaualge“, photosynthetisierendes Bakterium, wichtiger Bestandteil der marinen Nahrungskette, synthetisiert Scytonemin (UV-absorbierendes Pigment)
  • Nostoc commune (Cyanobakterium) – weitere „Blaualge“, betreibt Photosynthese und kann Stickstoff fixieren, trockenresistent
  • Nostoc sp. PCC 7120 (filamentöses Cyanobakterium) – wie Nostoc commune
  • Omphalotus nidiformis (Australischer Geisterpilz, saprotropher und parasitärer Baumpilz) – biolumineszierende Fruchtkörper
  • Plectonema calothrichoides (filamentöses Cyanobakterium)
  • Pleurotus ostreatus (Austernseitling, Speisepilz)
  • Pseudoalteromonas luteoviolacea (Bakterium) – violettes Pigment (Violacein)
  • Pseudoalteromonas rubra (Bakterium) – rotes Pigment (Prodigiosin)
  • Schizophyllum commune (Gemeiner Spaltblättling, Saprobiont an Laub- und Nadelbäumen)

Medien

  • Nährmedien für Bakterien, Pilze, Algen (Kartoffel-Dextrose-Agar (PDA), lysogeny broth (LB), Malzextrakt-Agar etc.)
  • Ausgewählte Puffer und übliche Reagenzien zur Anzucht
  • Nutzbare Chemikalien sind in der Datenbank des BioLab verzeichnet und werden stetig erweitert

Wem steht das Biolab offen?

Das BioLab steht den Studierenden und Mitarbeitenden aller Fachbereiche offen. Zu beachten sind die Öffnungszeiten bzw. Sprechzeiten und vorherige Anmeldung bei den Mitarbeiter*innen des Labs.

Welche Zugangsvorraussetzungen gbt es für das BioLab?

Das BioLab und ein*e Mitarbeiter*in vor Ort stehen Studierenden zu den Öffnungszeiten zur Verfügung. Um im BioLab arbeiten zu können, müssen Studierende zunächst eine Belehrung absolvieren. Sie erfolgt zu Beginn des ersten Semesters und wird jährlich aufgefrischt.

In der Belehrung erhalten die Studierenden alle relevanten Informationen zu den allgemeinen Verhaltensregeln in Laboren, der guten mikrobiologischen Praxis, der Arbeitssicherheit und der Bioethik. Zusätzlich liegt im Labor die Betriebsanweisung aus, die Studierende zur Kenntnis nehmen müssen.
Für bestimmte Geräte, wie z.B. Sterilwerkbank, Zentrifuge, Laborabzug, Autoklav, Schnellkochtopf und Schüttelinkubator, ist eine zusätzliche Einweisung notwendig. Diese erfolgt nach Absprache.

Wo finde ich grundlegende Informationen zur Arbeit im BioLab?

Zur Einführung in die Arbeit im Labor bieten wir immer in der vorlesungsfreien Zeit Getting Started Workshops zu diesen Themen an:

  • Research&Plan: Recherchestrategien, Datenbanken, Paper zu Forschungsthemen
  • Measure&Mix: Grundlagen im Bio-/Chemielabor: Abwiegen, Pipettieren, Nährmedien und Puffer herstellen
  • Grow&Cultivate: Grundlagen der Mikrobiologie: Algen/Bakterien/Pilze kultivieren und lagern, allgemeines Handling, steriles Arbeiten
  • Extract&Harvest: Extraktions- und Aufreinigungsmethoden von DNA, Proteinen, Fetten, Zucker
  • Manipulate&Model: Grundlagen der Molekularbiologie, DNA, PCR, theoretische Gentechnik

Wie bereite ich meinen Laboraufenthalt vor?

Studierende sprechen ihre Vorhaben vorab mit den Mitarbeiter*innen des BioLab ab und werden gebeten, dafür die Sprechstunde zu nutzen.

Bevor die Arbeit im Lab beginnen kann, stellt die Laborleitung sicher, dass die benötigten Organismen zur Risikogruppe 1 zählen. Die Einstufung lässt sich in den folgenden Datenbanken ermitteln:

Zentrale Kommission für biologische Sicherheit

Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin

Des Weiteren empfiehlt es sich, vorab eine Liste mit Materialien für die Anzucht und Chemikalien zu recherchieren und mit den Mitarbeiter*innen zu besprechen. Anschließend klären die Lab-Mitarbeiter*innen die Beschaffung von Organismen und Materialien.

Was muss ich bei der Arbeit im Labor beachten?

Es ist Pflicht, im BioLab einen sauberen Laborkittel, eine Schutzbrille und die werkstattüblichen Sicherheitsschuhe zu tragen. Eine Grundausstattung mit Kitteln und Schutzbrillen ist vorhanden. Die Türen des Labors müssen geschlossen gehalten werden. Essen und Trinken ist verboten.

Studierende können das Arbeiten im BioLab im virtuellen Labor der Berufsgenossenschaft RCI vorab proben. Bei diesem virtuellen Labor handelt es sich um ein Labor der Sicherheitsstufe 2, das sich strengeren Regeln als das BioLab unterzieht.

Welche Experimente sind im Labor erlaubt, welche nicht?

Nutzer*innen dürfen im BioLab ausschließlich nicht-pathogene Organismen der Risikogruppe 1 verwenden; der Umgang mit potenziell schädlichen Substanzen ist nicht möglich. Nähere Informationen zur Einstufung sind erhältlich bei der Zentralen Kommission für die Biologische Sicherheit (ZKBS) und in den aktuellen Technischen Regeln für Biologische Arbeitsstoffe (TRBA) 460 für Pilze und 466 für Bakterien. Des Weiteren ist Nutzer*innen nur die Arbeit mit nicht-gentechnisch veränderten Organismen erlaubt, d.h. modifizierte Organismen (GMO) werden nicht genutzt.

Kann ich Organismen ins Labor mitbringen oder aus dem Labor mitnehmen?

Die Lab-Mitarbeiter*innen können unter bestimmten Bedingungen genehmigen, dass Studierende eigene Organismen beschaffen oder aus dem Labor mit herausnehmen. Hierfür wird um vorherige Absprache gebeten.