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04. Mai 2009, 06:46 Uhr

Künstliches Leben

Programmieren in DNA

Ein Essay von J. Craig Venter

So könnte unsere Welt in wenigen Jahrzehnten aussehen: Mikroorganismen produzieren erneuerbaren Biosprit, recyceln CO2 - und lösen dank Gentechnik essentielle Probleme der Menschheit. Wir werden nicht nur unsere Vorstellung des Lebens verändern, sondern das Leben selbst.

In der Wissenschaft können, wie auf den meisten Gebieten, scheinbar einfache Ideen alles verändern - und sie tun es. Vor gerade einmal 150 Jahren wurde Charles Darwins "Die Entstehung der Arten" veröffentlicht. Das Buch hatte sofort Auswirkungen auf die Wissenschaft und die Gesellschaft, da es den Vorgang der Evolution als Folge der natürlichen Auslese beschrieb. Doch niemand verstand, wie und warum dieser Vorgang vonstatten ging.

DNA-Doppelhelix (Grafik): Wir können beginnen, neue Software für das Leben zu schreiben
Max-Planck-Institut für Informatik

DNA-Doppelhelix (Grafik): Wir können beginnen, neue Software für das Leben zu schreiben

Es sollte bis in die vierziger Jahre des 20. Jahrhunderts dauern, bevor feststand, dass der Träger der Erbinformationen die DNA war. 1953 formulierten ein Engländer und ein US-Amerikaner, Francis Crick und James Watson, die These, die DNA bilde eine spiralförmige Leiter - oder Doppelhelix -, bei der die paarweise angeordneten Basen A-T und C-G (Basenpaare) die Sprossen bildeten. Allerdings wusste niemand, wie der Code des Lebens tatsächlich lautete.

In den sechziger Jahren wurden einige der ersten Geheimnisse unseres "genetischen Codes" gelüftet, als klar wurde, dass die Nukleobasen jeweils in Dreiergruppen zu lesen waren. Diese "Basentriplette" definierten und codierten dann Aminosäuren.

Ende der siebziger Jahre wurde der vollständige genetische Code (5000 Nukleotide) eines Phagen (eines kleinen Virus, der E. coli, eine Bakterienart, tötet) mit Hilfe einer neuen Technik, die Fred Sanger in Cambridge entwickelt hatte, der Reihenfolge nach ausgelesen. Diese Technik, die sogenannte Sanger-Methode, sollte die Genforschung in den darauffolgenden 25 Jahren bestimmen.

Im Jahre 1995 las meine Gruppe den vollständigen genetischen Code des Chromosoms aus, auf dem sämtliche genetische Informationen eines Bakteriums enthalten waren. Das Genom des Bakteriums, das wir decodierten, bestand aus mehr als 1,8 Millionen Nukleotiden und codiert sämtliche Proteine, die mit dem Leben dieser Bakterien im Zusammenhang stehen. Aufbauend auf unsere neuen Verfahren, kam es zu einem sprunghaften Anstieg neuer Daten von den decodierten Genomen vieler lebender Arten, einschließlich des Menschen.

So wie Darwin die Evolution anhand der Veränderungen studierte, die er bei verschiedenen Finkenarten, Land- und Meeresleguanen sowie Schildkröten beobachtete - so erforscht die heutige Genomik-Gemeinde die Veränderungen des genetischen Codes, indem sie das Genom vieler Menschen liest und vergleicht. Es bestimmt die menschlichen Merkmale, Krankheiten sowie die Unterschiede zwischen uns. Die Technik verändert sich rasant, so dass es bald nichts Ungewöhnliches sein wird, wenn jemand seinen gesamten eigenen genetischen Code kennt. Dies wird die medizinische Praxis verändern, man wird Krankheiten nicht mehr behandeln, nachdem sie ausgebrochen sind, sondern sie vor ihrem Entstehen verhindern. Das Verständnis von Mutationen und Variationen des genetischen Codes wird uns dabei helfen, unsere eigene Evolution zu begreifen.

Die Wissenschaft verändert sich erneut dramatisch, weil wir all unsere neuen Werkzeuge dazu verwenden, das Leben zu begreifen und es vielleicht sogar neu zu gestalten. Der genetische Code ist das Ergebnis von mehr als 3,5 Milliarden Jahren Evolution, und er ist allen Lebewesen auf unserer Erde gemein. Wir lesen den genetischen Code nun seit einigen Jahrzehnten, und fangen an zu begreifen, wie er das Leben programmiert.

In einer Reihe von Versuchen zum besseren Verständnis des genetischen Codes haben meine Kollegen und ich neue Wege entwickelt, DNA im Labor synthetisch herzustellen. Zunächst synthetisierten wir den genetischen Code desselben Virus, den Sanger und seine Kollegen 1977 decodiert hatten. Nachdem dieses große, synthetische Molekül in ein Bakterium eingebracht worden war, konnte die Zellmaschinerie des Bakteriums nicht nur den synthetischen genetischen Code lesen, die Zelle konnte auch die Proteine herstellen, die in der DNA codiert waren. Die Proteine bildeten durch Selbstorganisation Virenteilchen, die dann in der Lage waren, andere Bakterien zu infizieren. Im Laufe der vergangenen Jahre konnten wir ein ganzes Bakterienchromosom chemisch herstellen, das mit mehr als 582.000 Nukleotiden das bislang größte künstlich hergestellte chemische Molekül ist.

Inzwischen haben wir eindeutig nachgewiesen, dass DNA der Informationsstoff ist, aus dem das Leben gemacht ist. Dazu haben wir eine Art komplett in eine andere verwandelt, indem wir lediglich die DNA in der Zelle veränderten. Indem wir ein neues Chromosom in eine Zelle einfügten und das bestehende Chromosom entfernten, gingen sämtliche Merkmale der ursprünglichen Art verloren und wurden durch diejenigen ersetzt, die im neuen Chromosom codiert waren. Schon sehr bald werden wir denselben Versuch mit dem synthetischen Chromosom durchführen können.

Wir können mit den digitalisierten genetischen Informationen und vier Flaschen von Chemikalien beginnen, neue Software für das Leben zu schreiben. Um Organismen anzuweisen, dringend benötigte Prozesse durchzuführen, wie die Herstellung erneuerbarer Biotreibstoffe und das Recycling von Kohlendioxid. Indem wir aus 3,5 Milliarden Jahren Evolution lernen, werden wir Milliarden von Jahren in Jahrzehnte verwandeln und nicht nur unsere Vorstellung des Lebens verändern, sondern das Leben selbst.

Aus dem Englischen übersetzt von Daniel Bullinger

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