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Über Milliarden Jahre habe die natürliche Umgebung Organismen selektiert

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Baku, 17. April, AZERTAC 

Der Golem, Frankensteins Monster oder die Dinosaurier aus „Jurassic Park“: Die Schaffung von Leben fasziniert Menschen seit jeher – bis vor Kurzem meist nur als Fiktion.

Doch mittlerweile streben Forscher gezielt die Herstellung neuartiger Organismen an und wetteifern darum, wer das erste synthetische Lebewesen erschafft. Der Molekularbiologe George Church von der Harvard Medical School in Boston beschreibt seine Arbeit in einem Buch mit dem Titel „Regenesis: How Synthetic Biology Will Reinvent Nature and Ourselves“.

Bei vielen Menschen weckt das Thema religiöse Assoziationen – und tief verwurzelte Ängste. Darf der Mensch Gott spielen und nach seinen eigenen Vorstellungen Leben erschaffen? Und wie kann man sicherstellen, dass solche Experimente nicht aus dem Ruder laufen – wie so oft in Mythen, Literatur und Filmen?

Noch beschränkt sich die synthetische Biologie weitgehend auf Mikroorganismen. Zu den führenden Forschern auf dem Gebiet zählt Craig Venter, der als Erster das menschliche Genom sequenzierte. Ein Team um den US-Biochemiker stellte 2008 rein synthetisch das Erbgut des Bakteriums Mycoplasma genitalium her, bestehend aus knapp 583.000 Basenpaaren.

„Was ich nicht erschaffen kann, verstehe ich nicht“ - Zwei Jahre später gelang es Forschern am J. Craig Venter Institute (JCVI), das etwa 1,1 Millionen Basenpaare umfassende Genom des Bakteriums Mycoplasma mycoides zu produzieren und in die leere Zellhülle einer anderen Art, M. capricolum, zu schleusen.

Das entstandene lebensfähige Bakterium tauften sie auf den Namen Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0. Zusätzlich zum Ursprungsgenom enthielt es vier Wasserzeichensequenzen. Dechiffriert ergab eine davon ein Zitat des Physikers Richard Feynman: „Was ich nicht erschaffen kann, verstehe ich nicht“ – das Motto der synthetischen Biologie.

Ob das Bakterium wirklich ein synthetisches Lebewesen ist, darüber sind die Meinungen geteilt. Auf der einen Seite steht der selbstbewusste Venter: „Mit unserer synthetischen Zelle bauten wir auf einer Evolution von 3,5 Milliarden Jahren auf, aber wir versuchten nicht, sie nachzuvollziehen", schreibt er im Buch "Leben aus dem Labor“.

"Da wir das Genom abgewandelt hatten, gab es in der Natur keinen unmittelbaren Vorfahren der von uns geschaffenen Zelle. Mit unserem synthetischen Code hatten wir dem Strom des Lebendigen einen neuen Nebenfluss hinzugefügt", so Venter.

Andere Forscher wenden ein, Venters Bakterium basiere letztlich auf natürlichen Molekülen. „Die Herstellung war zwar synthetisch“, sagen Forscher. „Doch letztlich ist das Bakterium die Kopie einer natürlichen Vorlage, abgesehen von den Wasserzeichen und anderen kleineren Veränderungen.“

Erstmals genetisch neu kodierten Organismus erschaffen

Im Vergleich zu Venter ging der Harvard-Forscher Church noch einen großen Schritt weiter: Vor zwei Jahren schuf er mit seinem damaligen Mitarbeiter Farren Isaacs den ersten genetisch neu kodierten Organismus (GRO; Genetically Recoded Organism).

Was heißt das? Die DNA, die die Informationen zum Bau der 20 klassischen Aminosäuren – den Grundbausteinen der Proteine – trägt, ist bei allen Organismen gleich aufgebaut und wird gleich abgelesen. Egal ob bei Pflanzen, Bakterien oder Tieren.

Auch bei traditionellen genetisch veränderten Organismen (GMO; Genetically Modified Organisms) – etwa Maispflanzen, die ein Insektengift produzieren – schleusen Forscher lediglich eines oder mehrere Gene neu ein.

Church und Isaacs veränderten dagegen bei Kolibakterien die Art, wie die DNA abgelesen wird. Damit sorgten sie dafür, dass die Organismen zum Bau lebenswichtiger Proteine auf eine künstliche Aminosäure angewiesen waren.

Forschern gelingt es, das genetische Alphabet zu verlassen - Enormes Aufsehen in der Fachwelt erregte vor einem Jahr ein Team um Floyd Romesberg vom Scripps Research Institute in La Jolla im US-Staat Kalifornien mit dem Artikel „Ein halbsynthetischer Organismus mit einem erweiterten genetischen Alphabet“ im Fachblatt „Nature“: Die Wissenschaftler verließen die vier traditionellen DNA-Bausteine Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin, (A, T, G und C), die je nach Reihenfolge Zellen den Bauplan für Proteine liefern.

Ebenfalls bei Kolibakterien (Escherichia coli) fügten die Wissenschaftler dem genetischen Alphabet eine Klasse unnatürlicher Basenpaare (UBPs) hinzu, die nicht nur toleriert, sondern auch weitervererbt wurden.

Eine konkrete Funktion erfüllte das Basenpaar allerdings nicht. Die Studie diente lediglich als „proof of principle“, als Nachweis der Machbarkeit. Dass man das genetische Alphabet verlassen kann, war noch vor wenigen Jahren kaum vorstellbar.

Für Waldminghaus stellt dies den bislang radikalsten Schritt in Richtung Xenobiologie dar, der Schaffung fremdartiger Lebensformen. Für die Zukunft erhoffen sich Forscher von der Herstellung solcher Organismen die Lösung vieler aktueller Probleme: Sie könnten demnach eines Tages etwa neuartige Biomaterialien produzieren, Medikamente herstellen, Giftstoffe in der Umwelt abbauen oder im Körper gezielt Tumore suchen und abtöten.

„Vor uns steht eine Technologie mit ungeahnten Möglichkeiten. Das ermöglicht in 20 bis 30 Jahren Dinge, die wir uns jetzt noch gar nicht vorstellen können“, sagt Nediljko Budisa.

„Wir wollen chemische Funktionen, die in der Natur nicht vorkommen." Über Milliarden Jahre habe die natürliche Umgebung Organismen selektiert. Diese Selektion könne der Mensch nun selbst steuern – und so gewünschte Funktionen optimieren.

„Trotz Jahrmilliarden an evolutionären Trial and Error hat die Natur noch lange nicht alle möglichen Systeme 'getestet', weshalb sehr wahrscheinlich noch nicht existierende, effizientere biologische Funktionen hergestellt werden könnten“, schreibt Markus Schmidt vom Wiener Unternehmen Biofaction, das sich mit der Abschätzung von Technikfolgen befasst, in der Zeitschrift „Biospektrum“.

Doch einstweilen grübeln Forscher auch über grundlegende Probleme. „Natürlich wirft dieses scheinbar grenzenlose Potenzial viele beunruhigende Fragen auf, nicht zuletzt weil die synthetische Biologie die Gestaltung der Lebewesen von den Fesseln der Evolution befreit und ganz neue Panoramen eröffnet“, schreibt Venter.

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