Künstliches Leben Vier Flaschen für ein Heureka

Der Welt Erbe gewänne zu eigen, wer aus dem Rheingold schüfe den Ring, der maßlose Macht ihm verlieh'." Alberich, der Nibelung und erfolglose Verführer, lässt sich diese Chance zur Rache nicht entgehen. Verschmähte Liebe ist bei Richard Wagner das Motiv, der Ring sein wirkungsvolles Werkzeug. Im Mythos ist Gold das Material der Wahl, in der Realität taugen ganz andere Elemente, einen Ring zu schmieden und um womöglich eine Götterdämmerung zu beschwören: Kohlen-, Wasser-, Stick- und Sauerstoff, sowie eine Prise Phosphat.

Diese fünf Grundsubstanzen formen die Moleküle, aus denen sich ein moderner Ring der Macht zusammensetzt, den vier Buchstaben des Lebens A, T, C, und G. Aus ihrer Basenpaar-Reihe entstand in diesem Fall ein DNA-Reif aus 1,08 Millionen einzelnen Gliedern, mit dem der amerikanische Biochemiker und Craig Venter nun eine Art "synthetisches Leben" geschaffen hat. Nicht um sich an der Welt zu rächen, vielmehr aus Liebe: Sauberes Wasser, bessere Impfstoffe und Biosprit stellt er mit den neuen Technologien in Aussicht. Die Sequenzierung der DNA hob die analoge Welt der Biologie in Venters Sichtweise auf ein digitales Level: Den genetischen Code könne man einmal lesen, nun beginne die Phase in der man ihn auch schreibe.

Erbinformation wie natürliches Vorbild

Sein Team um den Nobelpreisträger Hamilton Smith berichtet in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins "Science", wie es gelang, in den Laborräumen des J.-Craig-Venter-Instituts Bakterien mit künstlichem Erbgut zu kreieren. Die Wissenschaftler verpflanzten nicht nur ein paar erlesene Erbinformationen, sondern gleich das ganze Genom, das die Kontrolle übernimmt: Zellen von Mycoplasma capricolum verwandelten sich auf diese Weise in eine bestimmte Form von M. mycoides, aus einer Spezies wurde nach dem Eingriff eine andere, die sich fortpflanzte und das künstliche Erbe weitergab.

Völlig synthetisch sind die Mikroben eigentlich nicht. Da gedeihen nun keine Plastikblasen oder Nanoroboter auf saftigen Nährböden. Nein, auch diese Zellen sind organisch, betreiben Stoffwechsel, wachsen und teilen sich unter den für sie passenden Spezialbedingungen. Selbst ihre Erbinformationen unterscheidet sich kaum von denen ihrer natürlichen Verwandten, abgesehen von einigen gezielten Veränderungen und genetischen Wasserzeichen zur Markierung. Doch sie werden ähnlich wie das Klonschaf Dolly den Blick der Öffentlichkeit auf ein noch recht junges Gebiet der Forschung lenken. Von "synthetischen Zellen" spricht Venter, weil ihre DNA-Sequenz zu Beginn des Experiments artifiziell entstanden ist, sie beruht ganz und gar auf Technologie und das macht diese Veröffentlichung so besonders: Am Computer wurde die DNA-Sequenz anhand des bekannten artspezifischen Codes entworfen, die anschließend Maschinen, sogenannte Synthesizer, peu à peu produzierten.

Hefezellen setzen DNA-Schnipsel zusammen

Aus "vier Flaschen mit Chemikalien", den DNA-Molekülen, entstanden somit kleine Stückchen, die solange zu größeren aneinandergereiht wurden, bis die letzten Schritte unverzichtbaren biologischen Helfern überlassen wurde. Ein Clou: Hefezellen setzten DNA-Kassetten von 100 000 Basenpaar-Länge zusammen. Venter vergleicht das gesamte Prozedere, mit dessen Vorbereitungen im Jahr 1995 begonnen wurde, mit einem Lego-Spiel, bei dem kleine Bausteine, in der richtigen Anordnung, wieder zum großen Ganzen gefügt werden.

"Für mich ist es die wichtigste Veröffentlichung im Feld der Biotechnologie der letzten fünfzehn Jahre", sagt Sven Panke vom Institut für Verfahrenstechnik an der ETH Zürich. Die bisherigen Veröffentlichungen des Teams hätten die nötigen Vorarbeiten und Teilschritte gezeigt, jetzt "wurde das Ganze einmal von A bis Z durchgekocht, ein Proof-of-Principle, dass es funktioniert". Das besondere sei der Maßstab. Während sich viele Gentechniker mit zwei oder drei Genen begnügen, die sie bei Bakterien möglichst nach Wunsch verändern, hat Venters Team ein Paket aus mehr als einer Millionen Basenpaaren verpflanzt, das Raum für durchschnittlich 1000 Gene bietet. "Das ist eine völlig neue Dimension", sagt Panke. Man wisse jetzt zwar noch nicht, was man alles hineinschreiben würde, aber möglich wäre es - die neue Technologie eröffnet dem Gebiet ganz andere Möglichkeiten, Bakterien zu manipulieren.

„Forschungsanrichtung für nächsten 15 Jahre“

Der ehrgeizige Craig Venter hatte mit seinen Methoden einst die Genom-Sequenzierung vorangetrieben, jetzt legt er die Latte wieder einmal höher und fordert damit die internationale Wissenschaft heraus. "Mit diesem Experiment gibt er uns die nächsten 15 Jahre Forschungsrichtung vor, um Methoden

zu finden, die diesen neuen ,Raum' füllen", vermutet Panke. Und nebenbei wollen er und seine Kollegen eine der Fragen erklären, die Wissenschaft und Philosophie gleichermaßen beschäftigt: Was ist Leben? Lässt es sich mit einer einfachen Summenformel beschreiben oder steckt doch mehr dahinter als bloß Stoffwechsel, Reproduktion und Evolution?

Die Experimente jetzt sind mit Mycoplasmen gelungen, empfindlichen Bakterien, die als pathogene Keime auf ihre Wirte angewiesen sind. Ziegen in diesem Fall, die Venter amüsiert als besonderen Schutz anführt: Da man im Institut nicht mit Ziegen arbeite, bestehe keine Gefahr, dass die synthetischen Bakterien entweichen könnten. Doch der Weg wird die Synthetische Biologie zu anderen Bakterien führen, dann steht wohl Hefe an und andere einfache Pilze. Denn mit Mycoplasmen lassen sich schlecht Impfstoffe oder Biosprit produzieren, wie es Venter für die Zukunft verspricht, sie dienen als ein Modellsystem für die nächste Entwicklungsschritte der mächtigen Werkzeuge, die DNA als zukunftsweisender Ring.

Mit Computern vergleichbar?

"Natürlich ist das ein äußerst wichtiger technischer Schritt", sagt der französische Wissenschaftler Antoine Danchin. Allerdings dürfe man nicht vergessen, dass es sich dabei um ein Programm handelt, das für Mycoplasmen geschrieben wurde, die vergleichbar mit Computern damit ein "operierendes System" besitzen, das nun mal nicht in anderen Keimen funktioniere. Danchin spricht deshalb von einer "Plattform-Inkompatibilität", die man berücksichtigen müsse, wenn die neue Technologie nun zum Einsatz komme. Für die Synthetische Biologie könnte Venters Publikation dennoch ein Meilenstein bedeuten, sagt Ralf Wagner, Chef der Regensburger Biotech-Firma Geneart. Denn in diesem Forschungsgebiet gehe darum, die Biologie berechenbar zu machen und in eine ausgereifte Ingenieurwissenschaft zu verwandeln - von der Analyse zur Konstruktion. Und nun existieren also die ersten Zellen, die unter Kontrolle von künstlich erzeugten Erbinformationen stehen.

Kein neues Leben von Grund auf

Es ist durchaus üblich, Bakterien mit universellen Turing-Maschinen zu vergleichen, Zellen sind dementsprechend Computer und DNA eine Software. Auf den ersten Blick scheint diese Metapher einleuchtend, doch es gibt ein paar wichtige Unterschiede. "Computer können keine Computer machen", sagt Danchin. Lebewesen unterliegen außerdem der Evolution, das lässt sich nicht verhindern. Die DNA mutiert, und das kann vermutlich bei einem Auto, das mittels Computer entworfen und konstruiert wurde, wohl nicht passieren.

"Wir schaffen und entwickeln zwar neue Arten, kreieren Leben, aber nicht von Grund auf neu", sagte Craig Venter einmal auf einer Diskussionsveranstaltung. Er will nicht Gott spielen, vielleicht steht ihm eher die Rolle eines Hexenmeisters zu, der immerhin auch ein Gewissen besitzt.