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Interview

»Was Gott vorbehalten ist, entscheidet Gott selbst«

Die Physikerin Petra Schwille vom Max-Planck-Institut für Biochemie will Leben künstlich erzeugen, indem sie seine Kernfunktionen nachbaut. Doch welche Eigenschaften sind es, die Leben ausmachen?
Buntes Leben im Riff

Spektrum.de: Frau Schwille, Sie wollen einen künstlichen minimalen Organismus konstruieren. Wie unterscheidet sich Ihr Ansatz von dem ähnlichen Vorhaben von Craig Venter?

Venter ist ja bekannt dafür, dass er große Mengen DNA zusammenbauen kann. Das heißt, er versucht es mit einem Top-down-Ansatz, bei dem er einen Organismus nimmt und dann vereinfacht. Er will mit einem bioinformatischen Ansatz herausfinden, welche der vielen tausend Gene eines normalen Organismus essenziell sind – und welche man entfernen kann, ohne dass die Lebensfunktionen des Organismus zusammenbrechen. Dabei muss man mit einer unheimlich großen Datenmenge jonglieren, denn man muss sich damit auseinandersetzen, was die einzelnen Gene kodieren und welche Gene mit welchen anderen zusammenhängen. Essenziell für diesen Ansatz ist, mit allen Genen umzugehen, theoretisch und experimentell.

Wir dagegen versuchen im Grunde das System zu vereinfachen. Wir wollen das minimale System finden, das bestimmte Phänomene wie die Zellteilung abbildet. Ich komme ja eigentlich aus der Physik, und die Physik ist bekannt dafür, zu vereinfachen. Das heißt, wir versuchen Phänomene zu definieren, die das Leben ausmachen. Es ist nicht so einfach, solche Kriterien überhaupt erstmal festzulegen. Aber wir können klein anfangen: Selbstorganisation und Selbstreplikation müssen auf jeden Fall erfüllt sein. Wir versuchen jetzt ein System zusammenzubauen, das in der Lage ist, diese wesentlichen Kriterien bei minimaler Zusammensetzung abzubilden. Welche Moleküle, welche Funktionselemente brauche ich, um diese Funktionen zu generieren?

Was genau ist denn Leben?

Im Grunde ist Leben nicht eindeutig definiert. Durch die Jahrhunderte hindurch hat man immer mehr Kriterien des Lebens identifiziert. Ich denke, es wird nie, oder zumindest momentan nicht, vollständig möglich sein, Leben zu definieren. Der Grund ist, dass wir eben diesen Übertritt von einem nicht lebenden zu einem lebenden System bisher experimentell nicht haben feststellen können. Wann fängt ein lebendes System an?

Jedes lebende System, das wir auf Erden kennen, entwickelt sich aus einem anderen lebenden System. Deswegen ist der Übergang, an dem vorher ein nicht lebendes System da war und hinterher ein lebendes System, experimentell nicht nachweisbar. Und solange wir diesen Übertritt nicht irgendwie erzeugen oder nachweisen können, ist es sehr schwer, eine Definition zu finden. Im Moment müssen wir mit den gängigen Kriterien arbeiten.

Diese Kriterien sind derzeit Replikation sowie Metabolismus als Bildung und Erhaltung von Strukturen, obwohl permanent Materie ausgetauscht wird. Das ist etwas, was ein lebendes System wirklich fundamental von anderen geordneten Systemen unterscheidet: dass es sich selbst erhält, aber trotzdem jedes einzelne Molekül austauscht. Die Replikation ist ganz wichtig für Biologen – auch Mutation und Selektion müssen möglich sein. Diese Kriterien der darwinschen Evolution sind für die Definitionen des Lebens wahrscheinlich viel wichtiger, als man erst mal denkt, denn dass sie einer Evolution unterliegen, ist ganz spezifisch für lebende Systeme.

Sie haben Musterbildung erwähnt; ein Beispiel aus Ihrer Forschung sind Musterbildungsprozesse auf der Oberfläche von Bakterien durch Oszillation und Diffusion.

Petra Schwille vom Max-Planck-Institut für Biochemie
Petra Schwille | Petra Schwille ist Direktorin und Wissenschaftliches Mitglied am Max-Planck-Institut für Biochemie und forscht dort unter anderem an den zellulären Mechanismen grundlegender Lebensfunktionen.

Das ist ein wirklich interessantes System. Es ist das einfachste System, das wir bisher entdeckt haben, das aus nur zwei Proteinarten besteht. Sie vollführen so etwas wie eine Oszillation während der Entwicklung der Zelle – wenn man die Proteine anfärbt, ist es erst auf der einen Seite der Zelle hell, dann auf der anderen Seite. Dieses Muster ist dazu da, um die Teilungsebene bei der späteren symmetrischen Zellteilung festzulegen. Die E. coli wachsen in eine Richtung, sie werden eigentlich nur länger. Und wenn sie dann lang genug sind, bauen sie genau in der Mitte der Zelle eine Teilungsmaschinerie zusammen, und die schnürt die Zelle dann ab und teilt sie in zwei gleich große Tochterzellen.

Man kann sich fragen: Wenn man jetzt Ingenieur wäre, wie würde man so etwas bauen? Die Natur löst die Frage, wo die Mitte ist, indem sie einfach Proteine bei ihrer Oszillation immer länger wandern lässt. Wenn die Zelle eine bestimmte Größe und die Oszillation eine bestimmte Periode erreicht hat, baut sich in der Mitte, wo die wandernden Proteine am wenigsten Zeit verbringen, die Teilungsmaschinerie zusammen. Die oszillierenden Moleküle inhibieren, wenn man so will, den Zusammenbau der Teilungsmaschinerie, und dort, wo die Proteine quasi nicht sind, teilt sich dann die Zelle.

Oszillierende Reaktionen kennt man ja aus der Chemie. Denken Sie, dass es eine Art Kontinuität zwischen belebt und unbelebt gibt, dass solche oszillierenden Reaktionen schon am Ursprung des Lebens beteiligt waren?

Über den Ursprung des Lebens ist ja nicht so wahnsinnig viel bekannt. Ich würde einfach als Physikerin die Hypothese in den Raum stellen, dass es nicht so weit hergeholt ist, dass es ohne eine Oszillation von Bedingungen nicht zu Leben gekommen wäre. Das Leben verdankt seinen Ursprung ganz wesentlich den zyklischen Schwankungen von Umgebungsbedingungen wie Tag-Nacht-Zyklen oder Warm-kalt-Zyklen. Ich denke, so etwas ist unglaublich wichtig, um einen Prozess wie Leben anzutreiben. Das kann ich jetzt nicht streng begründen. Es gibt einiges, was dafür spricht, aber den schlagenden Beweis dafür hat man bis jetzt noch nicht.

Diese Frage soll der künstliche Organismus klären?

Ja. Im Moment sind wir natürlich noch ganz am Anfang. Derzeit geht es uns vor allem um die Mechanik der Zellteilung – zu verstehen, was das minimale System wäre, das man dafür bräuchte, einen Minimalorganismus, der im Wesentlichen aus einer Membranhülle und vielleicht einem Gen besteht, zu teilen. Und zwar kontrolliert zu teilen, also dass er nicht auseinanderfällt und sich aus den Trümmern etwas Neues bildet, sondern so etwas wie Erkennung der Struktur, Beibehaltung der Struktur und Teilung der Struktur.

Sie sehen sich oft in Ihren Interviews ethischen Bedenken gegen die Erzeugung von Organismen gegenüber. Wie stehen Sie zu diesen Einwänden?

Das Interessante ist, dass ich diese Einwände gar nicht so sehr in der Realität treffe. Es gibt offenbar diese Einwände, aber ich treffe nie die Leute, die sie haben. Ich habe mit Kirchenleuten gesprochen, ich habe mit Philosophen gesprochen; ich habe auch mit ganz normalen Leuten aus der Bevölkerung gesprochen, wir machen ja manchmal öffentliche Veranstaltungen. Und eigentlich ist bisher noch niemand auf mich zugekommen und hat gesagt: Das dürft ihr nicht! Natürlich gibt es immer mal wieder den Vorbehalt – man hört ihn manchmal von kirchlicher Seite, aber nicht nur –, dass die Schaffung von Leben Gott vorbehalten ist. Da würde ich sagen: Was Gott vorbehalten ist, entscheidet Gott selbst. Wenn es möglich ist, können wir es doch probieren.

Sind wir allein im Universum?

Tja, das ist eine gute Frage, gerade angesichts der interessanten Exoplanetenresultate. Die weisen ja darauf hin, dass es zumindest unwahrscheinlich ist, dass wir die einzigen Lebensformen sind. Ich glaube nicht, dass wir die einzigen Lebensformen sind. Aber um die Frage zu beantworten, muss man erst einmal eine etwas allgemeinere Definition von Leben finden. Genau so eine Lebensform im Universum anzutreffen, wie wir es sind, wird ziemlich unwahrscheinlich sein. Menschenähnliche Wesen wird es da draußen kaum geben, oder wenn, dann werden wir sie wahrscheinlich nie treffen. Aber etwas anderes, das sich Leben nennen könnte – in gar nicht allzu großer Entfernung, so dass wir es vielleicht irgendwann nachweisen können, das kann ich mir vorstellen.

Frau Schwille, herzlichen Dank für das Gespräch.

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