Manipuliertes Erbgut Biologen erschaffen ersten Organismus mit künstlichen Bausteinen

Erstmals haben Forscher künstliche Bauteile in das Erbgut eines Bakteriums eingeschleust. So wollen sie Organismen erschaffen, die neue Medikamente herstellen oder Lebensmittel schmackhafter machen.

Zwei Buchstaben mehr im Alphabet des Lebens: Forscher fügen einem Bakterium zwei neue Basen hinzu
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Zwei Buchstaben mehr im Alphabet des Lebens: Forscher fügen einem Bakterium zwei neue Basen hinzu

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Bakterien und Pilze haben einen schlechten Ruf - zu Unrecht. Hefe verdanken wir Bier und luftigen Pizza- und Kuchenboden. Milchsäurebakterien helfen, Joghurt oder Käse herzustellen. Nicht zu vergessen all die Pilze und Bakterien, die Arzneien wie Antibiotika und Insulin produzieren. Doch das Potential der kleinen Helfer ist längst nicht ausgeschöpft - davon jedenfalls sind Forscher überzeugt. Ihr Ziel: Sie wollen Mikroorganismen so verändern, dass diese neue Proteine und Aminosäuren herstellen können.

Amerikanische Wissenschaftler haben nun einen weiteren Schritt auf diesem Weg getan und erstmals künstliche Erbgutbausteine erfolgreich in ein Bakterium eingeschleust. Das Bakterium, das Floyd Romesberg vom The Scripps Research Institute in La Jolla, Kalifornien, und Kollegen nun erzeugt haben, trägt ein zusätzliches Basenpaar aus zwei synthetisch hergestellten Basen. Seine Ergebnisse veröffentlichte das Team im Fachblatt "Nature".

Das Erbgut der Lebewesen, die DNA, besteht natürlicherweise aus vier Basen: Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin. Sie lagern sich zu Paaren zusammen und bauen so ein Gerüst, die Doppelhelix des DNA-Moleküls. Adenin paart sich dabei mit Thymin, Cytosin mit Guanin. Je nachdem, in welcher Reihenfolge die Paare angeordnet sind, produziert die Zelle unterschiedliche Proteine.

Neue Basen-Buchstaben für das Erbgut-Alphabet

"Warum das Leben sich auf die Verwendung der vier herkömmlichen Basen beschränkt, ist seit jeher ein großes Rätsel", sagt Heinz Neumann von der Universität Göttingen, der nicht an der Veröffentlichung beteiligt war. "Mit dieser Studie wird erstmals klar, dass Leben mit einem erweiterten Satz Basen möglich ist."

Die synthetischen Bauteile hatten die Forscher bereits in einer vorangegangenen Arbeit im Reagenzglas hergestellt. Sie in einen lebenden Organismus - in diesem Fall in das Darmbakterium Escherichia coli - zu verpflanzen, war eine Herausforderung. Die Teile müssen so in die Zelle eingeschleust werden, dass sie abgelesen werden können. Außerdem besitzen Zellen natürliche Reparaturmechanismen, die Fehler in der Basenfolge entfernen.

Um die fremden DNA-Bausteine in die Bakterienzellen zu schmuggeln, bauten Romesberg und Kollegen eine Art Pore in die Zellmembran ein. Solche Elemente fungieren als Türsteher und lassen in der Regel nur Moleküle durch, die in der Zelle natürlicherweise gebraucht werden. "Der eingebaute Transporter stammt aus einer Alge und ist offenbar so ungenau in seiner Auswahl, dass er die künstlichen Nukleinsäuren in die Zelle lässt", erklärt Jörn Kalinowski von der Universität Bielefeld, der ebenfalls nicht an der Studie beteiligt war. Zusätzlich schleusten die Forscher als Kopiervorlage ein Plasmid in die Bakterien, das das künstliche Basenpaar enthielt - einen kleinen DNA-Ring, der unabhängig vom restlichen Erbgut in der Zelle liegt.

Die so manipulierten Bakterien kopierten die Plasmid-DNA und bauten dabei die künstlichen Bauteile ein. Trotzdem hätten sich die Bakterien in normaler Geschwindigkeit und Qualität vermehrt - schreiben die Forscher in ihrer Studie. Zudem hätten die Reparaturmechanismen die Informationen nicht entfernt. "Möglicherweise sind die künstlichen Bauteile der Zelle so fremd, dass sie keine Werkzeuge besitzt, sie rauszuschneiden", erklärt Kalinowski.

"Ein funktionsloses Objekt, ohne Informationsgehalt"

"Das entstandene Bakterium ist der erste Organismus, der ein künstlich erweitertes genetisches Alphabet zuverlässig vererbt", schreiben Romesberg und Kollegen. Die Aussage, dass es sich - wie die amerikanischen Forscher schreiben - um ein semisynthetisches Lebewesen handelt, geht den deutschen Biotechnologen allerdings zu weit. "Bei einem synthetischen Basenpaar unter fast fünf Millionen natürlichen, die E. coli besitzt, würde ich den Begriff nicht verwenden", sagt Kalinowski.

Auch mit konkreten Anwendungsmöglichkeiten halten sich sowohl die Studienautoren als auch die deutschen Forscher noch zurück. "Für die Forschung ist die Studie durchaus interessant und ein wichtiger Schritt", erklärt Neumann. "Zunächst handelt es sich bei dem künstlichen Basenpaar aber um ein funktionsloses Objekt, ohne Informationsgehalt." Aus dem künstlichen Erbgutcode können die Zellen noch keine Proteine herstellen. Bis zur konkreten Anwendung sei es daher noch ein weiter Weg.

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insgesamt 40 Beiträge
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Seite 1
mcvitus 08.05.2014
1. Frankenstein mal anders.
Mal sehen, oder Nutzen solcher Kreaturen den späteren irreversiblen Schaden wert war.
drb 08.05.2014
2. Neu?
So wie sich das hier liest, könnte man fast meinen, dass die Transformation in der Genetik etwas neues wäre.. Autsch
cindy2009 08.05.2014
3. @greenhorn
Ohne Genmanipulation würden auch Sie heute einige Produkte missen. Es sei denn, Sie sind Heidis Großvater.
ariovist1966 08.05.2014
4. Schöner Katalysator
für die Evolution. Bin gespannt, was alles abgehen wird, wenn diese Bausteine "frei" werden.
zafoilyx 08.05.2014
5. 3/4
des Artikels lesen sich als wäre den Genetikern der große Wurf gelungen. Das letzte Viertel verrät das es ein Quantensprung (im phys. Sinne) gewesen ist.
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