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Veröffentlicht: 24.01.2017, 17:28 Uhr

Bio-Design Dieses Leben ist uns fremd

Der Schöpfer hat längst Konkurrenz, und die holt jetzt mächtig auf: Chemiker haben in Bakterienkulturen das Lebensalphabet von vier auf sechs Buchstaben erweitert. Die Kunstkeime gedeihen prächtig.

von
© dpa Escherichia coli

Ob das einen Chemie-Nobelpreis verdient? In Kalifornien, am berühmten Scripps Research Institute, nicht weit von einem der schönsten Strände des Sonnenstaates, arbeiten Floyd Romesberg und seine Kollegen schon seit 15 Jahren an einem ehrgeizigen, geradezu faustischen Plan: Neue Lebensformen sollen entstehen - Organismen, wie man sie auf Erden bisher nicht kennt. Exotische Lebewesen, die biochemisch völlig anders konstruiert sind als alles, was seit Anbeginn der biologischen Evolution vor gut dreieinhalb Milliarden Jahren auf dem Planeten gedeiht. Chemiker wie Romesberg sind da dran, aber auch Ingenieure, die man der „synthetischen Biologie“ zuordnen muss und die inzwischen weltweit aktiv sind.

44417866 © dpa Vergrößern Ein 3D-Modell einer DNA-Doppelhelix: In der Abfolge der vier Bausteine (in der Mitte der Helix), die sich jeweils paarweise miteinander verbinden, ist die Bauanleitung der Gene kodiert.

Joachim  Müller-Jung Folgen:

Romesberg hat für sein Projekt mit französischen, auch deutschen Wissenschaftlern, vor allem aber mit chinesischen Chemie-Ingenieuren aus Henan zusammengearbeitet. Zusammen ist es ihnen nun offenbar gelungen, das genetische Alphabet der Erbsubstanz DNA, das normalerweise aus vier „Buchstaben“ - chemisch: Basen -  besteht, so um zwei weitere künstliche Basen zu erweitern, dass die mit diesem Design-Genom ausgestatteten Kolibakterien tatsächlich lebens- und vermehrungsfähig waren. Vor zwei Jahren schon hatte man über das neue Sechser-Gen-Alphabet wissenschaftlich publiziert, doch damals waren die neuen Bausteine im Lebensalphabet der Mikroben nicht stabil genug ins Erbgut eingebaut. Die Folge: die Bakterien eliminierten die fremden Konstrukte nach und nach, der künstliche Entwurf der DNA blieb verglichen mit der natürlichen Schöpfung ein Versuch, mehr nicht.

44417903 © Archiv Vergrößern Die vier Grundbausteine - „Buchstaben“ der DNA, die in der Helix immer paarweise zusammenfinden: A mit T und C mit G.

44417904 © The Scripps Research Institute Vergrößern Die beiden künstlichen DNA-Bausteine, die ebenfalls ein Basenpaar bilden.

Jetzt allerdings, keine zwei Jahre später, hat es Romesberg geschafft: Das Escherichia-coli-Bakterium - eins der wichtigsten  „Arbeitstiere“ der Genforscher - gibt es nun in einer unnatürlichen Variante: „Semisynthetische Organismen“,  kurz SSO, wie die Wissenschaftlicher ihre optimierten Designmikroben nennen. Das bedeutet auch: Alle zwanzig Minuten, in denen sich die Mikroben unter Idealbedingungen teilen und vermehren, entstehen weitere Bakterien mit der unnatürlichen Erbsubstanz - zumindest solange in der Petrischale für genügend Nachschub an Nährstoffen und den neuen Bausteinen gesorgt wird.

Ausschlaggebend für den Durchbruch der Bioingenieure waren chemische Veränderungen, vor allem aber die Fortschritte, die man im biochemischen Milieu der Bakterienzelle erzielt hat. Denn auch die für die Verarbeitung der neuen Bausteine zuständigen  „Maschinen“ in der Zelle müssen passen: Weil die beiden zugefügten Grundbausteine, die Basen oder Nukleotide, etwas anders gebaut sind als die vier üblichen Nukleotide, müssen auch die Enzyme so konstruiert sein, dass sie damit etwas anfangen können: die DNA vor der Vermehrung beispielsweise kopieren, oder die in den Genen gespeicherte Erbinformation fehlerfrei ablesen. Zudem müssen die chemischen Vorläufer der neuen DNA-Bausteine in die Zelle importiert werden, um sie verwerten zu können - auch das alles andere als eine Selbstverständlichkeit. So etwas lässt sich auch nicht unbedingt am Reißbrett optimieren. Romesberg und seine Kollegen haben diese ingenieurstechnisch anspruchsvolle Anpassungsleistung an die künstlichen DNA-Bausteine in der Petrischale quasi in einem künstlichen Evolutionsprozess zuwege gebracht. 

Was aber bringt diese Schöpfung im Labor? Zunächst einmal nichts, was die Natur nicht ohnehin schon kann. Den Wissenschaftlern geht es freilich genau darum: Irgendwann die Möglichkeiten der biologischen Produktion zu erweitern und so möglicherweise im Bioreaktor Substanzen mit Hilfe von SSO zu produzieren, die therapeutisches oder sonstwie sinnvolles Potential besitzen. Was das konkret sein soll, ist den Wissenschaftlern offenbar selbst noch schleierhaft. Im Moment freuen sie sich in ihrer Veröffentlichung, „dass wir damit praktisch unbegrenzte Möglichkeiten geschaffen haben, Informationen zu speichern“. Tatsächlich vermag schon die natürliche DNA mit ihren vier „Buchstaben“ die Informationsdichte der Siliziumchips mit ihrem binären digitalen Code um Längen zu übertreffen. Aus dem sechsstelligen Code der künstlichen DNA lässt sich da zumindest theoretisch noch viel mehr machen. Die Arbeit liefere eine Plattform, um noch mehr Informationen auf kleinstem Raum zu speichern, so die Wissenschaftler in den „Proceedings“ der amerikanischen Nationalen Akademie der Wissenschaften, „sie kann aber auch genutzt werden, um Organismen mit völlig unnatürlichen Eigenschaften und Fähigkeiten zu kreieren, die nirgendwo sonst zu finden sind.“ Man darf gespannt sein, wie die Gesellschaft auf solche Ankündigungen reagiert. 

Forschung im Abwärtsstrudel

Von Joachim Müller-Jung

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