Das Genom so genannter künstlicher Bakterien muss bisher langsam, mühsam und kostspielig schrittweise im Reagenzglas zusammengebastelt werden, bevor die Bakterienbauer es in eine Rumpfzelle montieren können. Diese Vorarbeit könnte aber bald ein methodischer Fortschritt erleichtern, den Synthesebiologen um den US-Biochemiker Craig Venter nun vorstellen: Sie synthetisierten das gesamte Erbgut eines Maus-Mitochondriums, indem sie in einem methodischen Aufwasch Hunderte mittellanger DNA-Abschnitte in der richtigen Reihenfolge aneinanderreihten.

Die Forscher der Craig-Venter-Institute-Ableger in Rockville und San Diego hatten sich zunächst das gesamte Erbgut des Mitochondriums in 600 genau 60 Nukleotiden langen, künstlich produzierten Einzelstücken besorgt: Solche mittellangen DNA-Abschnitte mit vorgegebener Basensequenz werden bereits kommerziell basengenau produziert und vertrieben. Die Schwierigkeit besteht darin, sie in der richtigen Reihenfolge zu verbinden und zu vervielfältigen. Dies automatisierten Daniel Gibson und seine Kollegen nun in einem Prozess, der zyklisch zwischen in-vitro-Rekombinations- und Amplifikationsschritten wechselt. Zunächst entstehen dabei 75 längere DNA-Stücke, die erst zu fünf langen und schließlich drei 5,6 Kilobasenpaaren umfassenden Stücken verknüpft werden, wobei jedes Mal größere überlappende Abschnitte entfallen. Diese drei Fragmente ergaben schließlich das gesamte Mitochondriengenom mit seinen 16,5 Kilobasenpaaren.

Bald sei die Produktion eines gesamten Genoms von den Einzelnukleotiden ausgehend automatisiert, hoffen die Wissenschaftler: Gene und Genome könnten dann einfach, verlässlich und kostengünstig chemisch hergestellt werden. Craig Venter und Kollegen hatten schon 2007 das Genom eines Mikroorganismus chemisch nachgebaut und nach und nach Erfolge dabei gehabt, das Kunsterbgut in andere Bakterien zu übertragen. Ziel der synthetischen Biologie sind künstliche Bakterien mit maßgeschneiderten Genomen und Eigenschaften. Im Erfolgsfall sollen sie neue Medikamente, Biosensoren, Biotreibstoffe und viele andere Materialien kostengünstig herstellen, so die Zukunftsvision der Wissenschaftler. (jo)