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Synthetische Biologie: Organismen aus dem Baukasten

Zellen planmäßig zu konstruieren – das ist das große Ziel der synthetischen Biologie. Forscher wollen damit die biotechnologische Produktion von Medikamenten und Chemikalien revolutionieren und neue Werkzeuge für die Diagnostik schaffen. Der Weg von der Theorie zur Praxis ist allerdings weit.
Organismen aus dem Baukasten

"Erster künstlicher Organismus erschaffen!" So oder ähnlich lauteten die Schlagzeilen, als John Craig Venter 2010 mit einer neuen Erfolgsmeldung aus seinem Genlabor für Aufruhr sorgte. Dem Team um den US-amerikanischen Biochemiker und den Mikrobiologen und Nobelpreisträger Hamilton Smith war es bereits 2008 gelungen, das Erbgut eines Mycoplasma-Bakteriums vollständig im Labor zusammenzubauen. Die Forscher hatten die Mikrobe ausgewählt, weil sie über das kleinste bekannte Genom eines unabhängig lebensfähigen Organismus verfügt. Nun überraschten sie mit einem erneuten Coup: Sie schleusten das künstliche Genom in eine Mycoplasma-Zelle ein und ersetzten damit deren ursprüngliches Erbgut. Auf diese Weise konstruierten die Wissenschaftler das erste Bakterium, dessen Erbinformation durch und durch chemisch synthetisiert worden war.

Das Ergebnis der Forscher gilt als Meilenstein für die synthetische Biologie, jene Forschungsdisziplin, die es sich zur Aufgabe gemacht hat, maßgeschneiderte biologische Systeme zu erzeugen – sozusagen Leben aus dem molekularbiologischen Baukasten. Denn anders als die biologische DNA-Synthese, wie sie permanent in lebenden Zellen abläuft, benötigt die chemische Prozedur keine Vorlage, von der die Erbinformation abgeschrieben wird. Vielmehr lassen sich die Buchstaben der DNA im Labor frei kombinieren und zu neuen Inhalten zusammensetzen. Anders gesagt: Während sich bei der natürlichen Vervielfältigung des Erbguts Veränderungen in der Regel nur peu à peu und über Fehler beim Abschreiben einschleichen, lassen sich die vier unterschiedlichen DNA-Basen im Labor wie bunte Legosteine aus einer Spielzeugkiste immer wieder neu zusammensetzen – zumindest theoretisch...

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  • Quellen

Ausländer, S. et al.: Programmable Single-Cell Mammalian Biocomputers. In: Nature 487, S. 123-127, 2012

Bujara, M. et al.: Optimization of a Blueprint for in Vitro Glycolysis by Metabolic Real-Time Analysis. In: Nature Chemical Biology 7, S. 271-277, 2011

Dietz, S., Panke, S.: Microbial Systems Engineering: First Successes and the Way ahead. In: Bioessays 32, S. 356-362, 2010

Gibson, D. G. et al.: Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome. In: Science 329, S. 52-56, 2010