Forscher schaffen Lebewesen mit winzigem Genom
Baku, 28. März, AZERTAC
Forscher um Craig Venter haben ein Lebewesen mit winzigem Genom geschaffen, das nur noch die allernötigsten Fähigkeiten besitzt. Mehr als wachsen und sich fortpflanzen kann es nicht.
Am Ende war alles viel komplizierter, als erhofft. "Die große Nachricht ist, wir haben versagt", sagt Craig Venter. "Ich war überrascht". Der Biochemiker ist eine Koryphäe auf seinem Gebiet. Er war der erste, der das gesamte menschliche Genom sequenziert hat und der erste, der ein künstliches Erbgut produzierte, in eine Zelle einsetzte und auf diese Weise ein lebensfähiges Bakterium schuf.
Nun hat "Darth Venter", wie ihn einige Kritiker nennen, gemeinsam mit Kollegen ein weiteres Lebewesen mit künstlichem Erbgut kreiert. Das Ziel diesmal. Der neue Organismus sollte nur die allernötigsten Fähigkeiten zum Überleben haben und ausschließlich von Genen gesteuert werden, deren Funktion bekannt ist.
Entstanden ist ein lebens- und fortpflanzungsfähiges Bakterium mit dem kleinsten Genom unter allen bekannten selbstständig fortpflanzungsfähigen Organismen, berichten die Forscher nun im Fachmagazin "Science". Nur 473 Gene steuern den Organismus mit dem Namen Syn 3.0. Sie stellen sicher, dass das künstliche Bakterium Energie aus Nahrung gewinnen und sich teilen, also fortpflanzen, kann. Zum Vergleich: Das Genom, mit dem Venter und Kollegen starteten, enthielt noch 901 Gene, also fast doppelt so viele wie das Endprodukt.
Am Designer-Organismus gescheitert - Welche Funktion die 473 lebensnotwendigen Gene im künstlichen Bakterium übernehmen, konnten die Forscher vom John Craig Venter Institute allerdings nicht vollständig klären. Von 149 Genen, also etwa einem Drittel, wissen sie nicht, wozu sie dienen. "Damit ist klar: Unser derzeitiges Wissen reicht nicht aus, um sich hinzusetzen, in der Theorie ein Lebewesen zu designen und herzustellen", berichtet Venter in einem Begleitartikel in "Science". Dabei war das sein ursprünglicher Plan.
Ausgangspunkt für den Versuch war das erste Lebewesen mit künstlichem Erbgut, das Venters Team 2010 geschafften hatte. Damals bauten die Forscher das Chromosom des Bakteriums Mycoplasma mycoides künstlich nach und schleusten es in die Zelle einer verwandte Art ein, deren eigenes Erbgut sie zuvor entfernt hatten. So entstand ein künstlicher Organismus, der nur noch Stoffe herstellte, deren Baupläne auf der eingeschleusten DNA gespeichert waren.
Wichtige Gene vergessen - Auf der Basis des damals gewonnenen Wissens über einzelne Bakteriengene sollten nun zwei Forscherteams je einen Bauplan für ein Genom entwerfen, auf dem nur noch die allernötigsten Informationen gespeichert sind. Gewöhnlich enthält das Erbgut jeder Zelle manche Informationen doppelt oder beinhaltet den Bauplan für Stoffe, die die Zelle nicht zwingend zum Überleben braucht.
Das Problem: Keinem der Teams gelang es, anhand der vorhandenen Informationen über die Funktion der Bakteriengene ein überlebensfähiges Wesen zu kreieren. Als die Forscher ihre künstlichen Genome in Zellen einschleusten, starben diese ab. Beide Teams hatten in ihrem Bauplan offenbar für das Überleben der Zelle unverzichtbare Gene vergessen.
Fummelarbeit mit Hunderten Genen - Mit großem Aufwand testeten die Forscher deshalb schließlich Schritt für Schritt, was passierte, wenn sie jeweils ein Gen aus ihrem Ursprungsbauplan entfernen. Das bedeutete: Ein Gen entfernen oder abschalten, das veränderte Genom in eine fremde Zelle bringen und sehen, ob sie überlebt. War dies der Fall, wurde offenbar kein wichtiges Gen entfernt, falls nicht, musste das Gen wieder eingebaut werden. So näherten sich die Forscher dem Minimal-Genom nach und nach an.
Die Studie sei sorgfältig hergeleitet und das Ergebnis großer Fleißarbeit, sagt der Biotechnologe Alfred Pühler von der Universität Bielefeld, der nicht an der Arbeit beteiligt war. Was den praktischen Nutzen angeht, sieht er allerdings Verbesserungspotenzial. Die Studie sei nicht der große Wurf, mit dem viele Experten gerechnet hatten.
Langfristig könnten Versuche der Art helfen, Organismen zu schaffen, die Wirkstoffe für Medikamente schnell und kostengünstig produzieren. Bereits seit vielen Jahren werden etwa Antibiotika oder Insulin von gentechnisch veränderten Mikroorganismen im Labor hergestellt.
Venter plant noch kleineres Genom - Die neuen künstlichen Bakterien eignen sich dazu bislang allerdings nicht. Das liegt zum einen daran, dass sie durch ihr reduziertes Genom sehr empfindlich sind und nur in einer streng geschützten Umgebung überleben können, zum anderen, dass sie vergleichsweise lange brauchen, um sich zu teilen. Auch lässt sich das Ergebnis nicht auf andere Mikroben übertragen.
So bleibe das Mini-Bakterium ein spannender Ansatz für weitere Forschungsprojekte, sagt Pühler. Laut Venter ist auch denkbar, dass ein noch kleineres Genom geschaffen werden kann. Derzeit sei Syn 3.0 aber eindeutig der Leichtgewichtchampion.
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