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Dienstag, 30.05.2017
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Erste lebende Zelle mit künstlichem Genom

Durchbruch ebnet synthetischen Lebensformen den Weg

Wissenschaftler um Gentech-Pionier Craig Venter haben zum ersten Mal eine künstliche Lebensform erzeugt: Sie produzierten ein komplett synthetisches Genom und verpflanzten dies in eine zuvor vom eigenen Genom befreite Bakterienzelle. Dieser jetzt in „Science Express“ veröffentlichte Durchbruch hat weitreichende wissenschaftliche, aber auch bioethische Implikationen. Venter und CO. planen bereits die ersten künstlichen Lebensformen für industrielle Anwendungen.
Elektronenmikroskopische Aufnahme von M. mycoides

Elektronenmikroskopische Aufnahme von M. mycoides

Das Forscherteam unter Leitung von Craig Venter, der durch seine Beteiligung am Wettlauf um die Entschlüsselung des menschlichen Genoms Bekanntheit erlangte, hatte bereits in den vergangenen Jahren einige Grundvoraussetzungen zum jetzigen Durchbruch gelegt. So entwickelten sie Methoden, um Bakteriengenome künstlich herzustellen und verpflanzten bereits erfolgreich Erbgut von einem Bakterium in ein anderes. Jetzt gelang es ihnen erstmals, diese beiden Methoden zu verknüpfen und damit eine Zelle mit rein künstlichem Genom zu erzeugen.

DNA-Stücke maschinell erzeugt und durch Hefen zusammengebaut


Dafür synthetisierten sie zunächst das Genom des Bakteriums Mycoplasma mycoides, indem sie kürzere DNA-Stücke maschinell herstellten und diese dann durch Enzyme von Hefezellen zu längeren Strängen verknüpfen ließen. Diese Stränge implantierten die Forscher in Zellen des Bakteriums Escherischia coli und von dort zurück in Hefezellen zur weiteren Verknüpfung. Nach drei Runden dieses hin und her Verpflanzens war das Gesamtgenom von mehr als einer Million Basenpaare Länge fertig. Am Schluss fügten die Wissenschaftler noch eine Art genetisches Wasserzeichen hinzu, um dieses künstliche Genom von natürlichen abzugrenzen.

Im letzten Schritt verpflanzten die Forscher das synthetische Genom von M. mycoides in eine Bakterienzelle der verwandten Art Mycoplasma capricolum, der zuvor das eigenen Erbgut entfernt worden war. Die Empfängerzellen übernahmen dadurch quasi die Herrschaft über die eigentlich fremden Zellen und wandelten sie in M. mycoides-Zellen um. Die künstlichen Gene erwiesen sich bis auf 14 defekte oder verloren gegangene als funktionstüchtig und erzeugten erfolgreich M.mycoides-Proteine.


Gentech-Pionier J. Craig Venter und sein Kollege Hamilton O. Smith

Gentech-Pionier J. Craig Venter und sein Kollege Hamilton O. Smith

Erste synthetische Zelle


„Das ist die erste synthetische Zelle, die jemals erzeugt worden ist“, erklärt Venter. „Wir können sie synthetisch nennen, weil die Zelle komplett aus einem künstlichen Chromosom entstanden ist. Dieses wiederum basiert auf vier Flaschen mit Chemikalien, einem chemischen Synthetisiergerät und Information, die in einem Computer generiert wurde. Dies ist ein wichtiger Schritt, sowohl wissenschaftlich als auch philosophisch. Es veränderte auf jeden Fall meine eigene Sicht auf Definitionen von Leben und davon, wie das Leben funktioniert.“

Künstliche Lebensformen für industrielle Anwendungen?


Der Forscher und seine Kollegen sehen zahlreiche konkrete Anwendungsmöglichkeiten solcher künstlichen und damit maßgeschneiderten Lebensformen. So planen sie bereits die Entwicklung einer Designeralge, die Kohlendioxid aufnimmt und neue Kohlenwasserstoffes produziert, die als Rohstoffe für industrielle Prozesse dienen könnten.

Auch eine Verbesserung und Beschleunigung der Entwicklung neuer Impfstoffe hält Venter für machbar, ebenso auch neue Lebensmittelinhaltsstoffe oder Mikroorganismen zur effektiveren Abwasserreinigung. „Dies wird ein machtvolles Werkzeug um zu versuchen, das zu designen, was wir biologisch haben wollen“, so der Genforscher.

Neue Herausforderung für die Bioethik


Dass ein solches „Herumpfuschen in der Natur“, oder „Gott spielen“ auch erhebliche ethische Fragen aufwirft, ist dem Genforscher wohl bewusst. Schon seit den späten 1990er Jahren beteiligen er und sein Team sich regelmäßig an Diskussionen zur Bioethik und ließen ein entsprechendes Audit durchführen. Dass das allerdings den Implikationen und den möglichen Risiken synthetischer Lebensformen keinen Abbruch tut, ist wohl ebenfalls klar. Jetzt wird es die Aufgabe sowohl der Forschung als auch der Gesellschaft und Politik sein, auf die neuen Möglichkeiten der Wissenschaft zu reagieren.

"Wichtigste wissenschaftliche Errungenschaft in der Geschichte der Menschheit"


In einem Meinungsartikel in der gleichen „Science“-Ausgabe nehmen mehrere Forscher aus dem Bereich der synthetischen Biologie zu Venters Erfolg und den möglichen Auswirkungen Stellung. Arthur Caplan vom Center for Bioethics an der Universität von Pennsylvania geht so weit, dies als „einen der wichtigsten wissenschaftlichen Errungenschaften in der Geschichte der Menschheit“ zu bezeichnen. George Church, Professor für Genetik an der Harvard Medical School dagegen betont die Regulationen und Kosten, die einer praktischen Anwendung dieser machtvollen Technologie vorangehen- und gehen müssen. Andere Forscher sehen in der Methode auch eine Chance, lang ausgestorbene Bakterienarten und Lebensformen wieder zu erwecken oder generell über die Natur des Lebens auch in ihren Anfängen zu lernen.
(J. Craig Venter Institute, 21.05.2010 - NPO)
 
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