Durchbruch: Forscher erschaffen erstmals künstliches Leben

Eine Vision ist wahr geworden: Ein Wissenschaftler-Team um den umstrittenen Gentechnik-Pionier Craig Venter hat Erbgut selbst hergestellt und in eine Zelle eingepflanzt. Dabei ist erstmals ein lebensfähiges Bakterium entstanden.

Maßgeschneidertes Leben: Bakterium erschaffen Fotos
dpa

Hamburg - Wissenschaftler haben erstmals ein Bakterium mit künstlichem Erbgut geschaffen. Ihnen sei es gelungen, ein lebensfähiges Bakterium mit einem vollständig künstlichen Genom herzustellen, berichten die Forscher vom Craig Venter Institute in Rockville aus den USA jetzt im Wissenschaftsblatt "Science".

Die Wissenschaftler bauten die Gene eines Bakteriums aus einzelnen Erbgut-Stückchen nach und setzten dieses Kunstgenom dann in eine andere Bakterienart ein. Die Folge: Das Original-Erbgut der Zelle wurde abgestoßen. Stattdessen produzierte die gekaperte Zelle nur noch Stoffe, die auf dem künstlichem Erbgut gespeichert waren.

Die Gruppe um den Gentechnik-Pionier Craig Venter schuf damit eine Zelle, die von einem fremden Genom kontrolliert wurde. Sie sprechen von einer "synthetischen Zelle", haben aber nur das Erbgut künstlich geschaffen. Ein komplett neues Lebewesen haben die Genetik-Pioniere damit jedoch noch nicht geschaffen. Dazu benötigten sie zumindest das Original-Erbgut eines Bakteriums und die Hülle eine zweiten Bakteriums für ihre Versuche.

Künstliche Zellen würden künftig dabei helfen, Organismen dazu zu bringen, "das zu tun, was wir wollen", sagte Venter. Er habe eine große Spanne von Anwendungen im Kopf. Wie Programmierer ein Stück Software schreiben, will Venter künftig DNA von Mikroorganismen bauen, die industriell nach Bedarf eingesetzt werden können- beispielsweise, um Ölteppiche auf Ozeanen abzubauen oder Biodiesel zu erzeugen.

Der Nutzen bleibt ungewiss

Auch sei man auf dem Weg zur Entwicklung von Bakterien, die Biokraftstoffe herstellen oder das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid aufnehmen könnten. Bei der Produktion von Impfstoffen könnten die künstlich geschaffenen Bakterien ebenfalls eines Tages helfen, schreiben Venter und seine Kollegen in "Science".

Ob sich die veränderten Mikroben aber jemals nutzen lassen werden, ist ungewiss. Ethiker warnen zudem vor der künstlichen Schöpfung von Leben.

Bislang konnte sich der Fortschritt sehen lassen. Erst kürzlich war es den Forschern gelungen, künstlich das Erbgut eines Bakteriums nachzubauen. Vergangenes Jahr verpflanzten sie erfolgreich das komplette Genom eines Bakteriums in ein fremdes. Nun haben sie erstmals beide Methoden vereint und ein synthetisches Bakteriengenom in eine fremde Zelle verpflanzt.

Zunächst bauten die Wissenschaftler das Erbgut des Bakteriums Mycoplasma mycoides (M. mycoides) in mehreren Etappen nach. Bislang war es maschinell nur möglich, relativ kurze Erbgut-Moleküle aneinanderzureihen. Daher setzten die Forscher kurze Stücke in Hefezellen ein, deren Enzyme die Stücke aneinanderreihten. Die größeren DNA-Moleküle wurden dann im Reagenzglas in die Darmbakterien Escherichia coli und zurück in Hefe verpflanzt. So wuchsen größere Teilstücke heran. Diese Prozedur wurde den Angaben zufolge mehrfach wiederholt bis das komplette Erbgut von mehr als einer Million Basenpaaren - sie bilden die Grundbausteine des Erdbguts - vorlag.

"Neue Sicht auf das Leben"

Das künstliche Erbgut mit dem Namen "M. mycoides JCVIsyn1.0" wurde dann in die Bakterienart Mycoplasma capricolum eingesetzt. Laut Venter verdrängte es dort das natürliche Erbgut der gekaperten Bakterien und übernahm das Steuern der Zellen. Als Kontrolle, ob wirklich das künstliche Genom und nicht das natürliche vorlag, hatten die Forscher DNA-Sequenzen als eine Art unverkennbares "Wasserzeichen" eingesetzt.

Nicht alles lief glatt: In dem künstlichen Erbgut seien schließlich 14 Gene unterbrochen oder verschwunden. Dennoch sahen die synthetischen Zellen aus wie M. mycoides und hätten auch nur die Eiweiße dieser Bakterienart produziert, berichtet das Team um Venter und Daniel Gibson. Darüber hinaus konnten sich die Kunst-Zellen selbstständig vermehren.

Genetiker vom Craig Venter Institute hatten bereits zuvor aus chemisch hergestellten Erbgut-Bausteinen das Genom des Bakteriums Mycoplasma genitalium nachgebaut. Später fanden Wissenschaftler um Venter einen Weg, das natürliche Erbgut der Bakterien M. mycoides in die Zellen von M. capricolum einzuschleusen und dort dominant werden zu lassen. Nun kombinierte das Team um Venter und Daniel Gibson beide Verfahren.

"Das ist ein wichtiger Schritt, glauben wir, sowohl wissenschaftlich als auch philosophisch", sagt Venter. "Es hat sicherlich meine Sicht über die Definition des Lebens geändert und darüber, wie Leben funktioniert."

boj/dpa/ddp

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Forum - Diskussion über diesen Artikel
insgesamt 717 Beiträge
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1. Durchbruch
rosebud55 20.05.2010
Endlich ein Durchbruch, ein Sprung in der Evolution! Ich bin auf das Geschrei derjenigen gespannt, die jetzt wieder den Weltuntergang kommen sehen. Es wird sicher eine interessante Diskussion.
2. Göttlich
überrationell 20.05.2010
Das ist ja göttlich SPON. Erst schreiben, das Bakterium hätte nur noch Proteine & co. aus dem fremden Genom produziert, um dann zu schreiben "Der Nutzen bleibt ungewiss". Lasst ihr Artikel jetzt auch schon von Bakterien mit künstlichem Genom schreiben?
3. Durchbruch
rkinfo 20.05.2010
Zitat von sysopEine Vision ist wahr geworden: Ein Wissenschaftler-Team um den umstrittenen Gentechnik-Pionier Craig Venter hat Erbgut selbst hergestellt und in eine Zelle eingepflanzt. Dabei ist erstmals ein lebensfähiges Bakterium entstanden.
Ist zwar nicht alles aus dem Leblosen entstanden. Aber dich soviel dass man eigentlich wirklich von einem faktisch leblosen Startpunkt begann. Ein wirklich bedeutender Durchbruch.
4. Leben = Maschine?
dichter-denker 20.05.2010
Wenn sich Leben so einfach herstellen lässt wie die Konstruktion einer Maschine, so ergibt sich doch im Umkehrschluss folgende Formel: Leben = Maschine = seelenlos Ergo sind auch wir Menschen nichts anderes als Bioroboter ohne unsterbliche Seele. Stimmt mich irgendwie traurig.
5. Die unschuldige Wissenschaft...
Lösungsfinder 20.05.2010
Das wird eines Tages ein richtiges Disaster werden!
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Meilensteine der Synthetischen Biologie
1970 Gen-Synthese I
Kan Agarwal und Gobind Khorana von der University of Wisconsin gelingt es erstmals ein Gen vollständig zu synthetisieren. Das Hefe-Gen besteht nur aus 75 DNA-Bausteinen , der Arbeitsaufwand beträgt 20 Personenjahre. Das DNA-Stück enthält den Bauplan für ein Molekül, das Eiweißbausteine transportiert.
1984 Gen-Synthese II
Steven Brenner und Kollegen fügen das erste Gen zusammen, das die Bauanleitung für ein Eiweiß enthält. Zwei Wissenschaftler arbeiten eineinhalb Jahre, um die 330 DNA-Bausteine zusammenzufügen.
1995 Minimal-Genom I
Der US-Forscher Craig Venter und sein Team sequenzieren das kleinste Genom eines freilebenden Organismus. Das Genom des Bakteriums Mycoplasma genitalium, das beim Menschen Harnröhren-Infektionen verursachen kann, enthält nur 517 Gene. Mycoplasmen werden zu Modelorganismen der Synthetischen Biologie.
1999 Minimal-Genom II
Wie viel Gene sind entbehrlich? Dieser Frage geht Craig Venter beim Bakterium Mycoplasma genitalium nach. Sein Team kommt zu dem Schluss, dass von den 480 eiweißcodierenden Genen rund 180 für das Überleben nicht essentiell sind. Genauere Analysen werden 2006 ergeben, dass mindestens 382 Gene vorhanden sein müssen.
2002 Virus-Synthese
Mit Hilfe eines genetischen Bauplans aus öffentlichen Datenbanken bauen Jeronimo Cello und Eckard Wimmer von der State University of New York das Erbgut eines Polio-Virus zusammen. Die Bausteine dafür lassen sie sich per Post schicken. Den im Labor innerhalb von drei Jahren entstandenen Erreger der Kinderlähmung injizieren sie Mäusen, die daraufhin krank werden.
2004 Wettbewerb der Genombastler
Zum ersten Mal findet die iGEM-Competition am Massachusetts Institute of Technology (MIT) statt. Studenten des MIT sollen mit Hilfe von Bio-Bausteinen wie Gen-Schaltern und Genen neuartige Mikroorganismen basteln. Bald wächst die Veranstaltung zu einem internationalen Wettbewerb.
2006 Bierhefe produziert Malaria-Medikament
Am California Institute of Quantitative Biomedical Research schafft es ein Team um Jay Keasling Bierhefe dazu zu bringen, das Malaria-Medikament Artemisinin herzustellen. Massive Eingriffe ins Erbgut der Hefe sind nötig: Gen-Aktivitäten werden erhöht, Gene eingefügt und ausgetauscht. Die spezifische Artemisinin-Produktivität dieser Hefe ist höher als in der natürlichen Quelle, dem Einjährigen Beifuß.
2007 Bakterien-Umwandlung
Unter Leitung von Carole Lartigue transplantieren Wissenschaftler am J. Craig Venter Institute das gesamte Genom einer Bakterien-Spezies in die Zelle einer anderen Bakterien-Art. Nach Erkenntnissen der Forscher übernimmt das Spender-Genom in der neuen Umgebung das Kommando und macht die Artumwandlung möglich.
2008 Synthese eines Bakterien-Genoms
Forscher des J. Craig Venter Institute fügen alle Erbgut-Bausteine des Bakteriums Mycoplasma genitalium zusammen. Das chemisch synthetisierte Genom besteht aus mehr als 580.000 Bausteinen.
2009 Hefezellen vermehren Bakterienerbgut
Dem J. Craig Venter Institute gelingt ein weiterer Coup: Das Genom des Bakteriums Mycoplasma mycoides wird in Hefezellen eingeschleust und kann dort mit Hilfe der Hefe-Gentechnik verändert werden. Wird das neue Genom in Zellen der Bakterien-Art Mycoplasma capricolum verpflanzt, entsteht ein neuer Bakterienstamm.
2010 Synthetisiertes Bakterien-Genom transplantiert
Wissenschaftler des J. Craig Venter Institute synthetisieren das Genom des Bakteriums Mycoplasma mycoides. Seine DNA besteht aus mehr als einer Million Bausteinen und enthält von den Forschern eingefügte molekulare Wasserzeichen: kodierte E-Mail-Adressen, Namen oder berühmte Zitate. Das Konstrukt transplantierten sie in die verwandte Art Mycoplasma capricolum. Alle Vorgänge in der Zelle wurden daraufhin von der Mycoplasma-mycoides-DNA gesteuert. Um "künstliches Leben" handelt es sich bei dieser Zelle aber nicht: Die synthetisierte Bakterien-DNA ist eine Kopie des natürlichen Genoms und auf die vorhandene molekulare Maschinerie des Empfänger-Bakteriums angewiesen.

Das Erbgut
Genom
Das Genom bezeichnet das gesamte Erbgut eines Organismus. Außer bei einigen Viren besteht es immer aus DNA (Desoxyribonukleinsäure). Das Genom beinhaltet den Bauplan für die Produktion sämtlicher Proteine (Eiweißmoleküle), die ein Organismus zum Leben benötigt. Ein Gen ist ein Sequenzabschnitt auf dem Genom und beinhaltet die Erbinformation für ein Protein. Die einzelnen Bausteine der DNA sind vier verschiedene sogenannte Nukleinsäuren: A, C, T und G.
Messenger-RNA (mRNA)
Die mRNA ist eine Art Genabschrift oder Blaupause der DNA. Nur die mRNA kann von den Proteinfabriken der Zellen, den sogenannten Ribosomen gelesen werden. Sie gibt ihnen vor, in welcher Reihenfolge Aminosäuren - die Bausteine von Proteinen - für das jeweilige Protein zu verknüpfen sind.
Codon
Ein Codon ist eine Folge von drei Bausteinen (Nukleotiden oder Basen) der DNA und analog auch der mRNA. Ein Codon steht für eine bestimmte Aminosäure oder als Stoppsignal, welches das Ende einer Bauanweisung für ein Protein kennzeichnet.
Genetischer Code
Der genetische Code ist die Zuordnung der Basen-Dreiergruppen und der Aminosäuren. Da vier verschiedene Basen zur Auswahl stehen, umfasst der genetische Code insgesamt 64 Codons. Für die meisten Aminosäuren gibt es daher mehr als ein Codon. So stehen beispielsweise die Codons CAG und CAA für die gleiche Aminosäure, die Glutaminsäure.
Transfer-RNA (tRNA)
Die tRNAs übernehmen eine Adapterfunktion beim Bau der Proteine: Jede tRNA hat auf der einen Seite jeweils ein sogenanntes Anticodon, das passend zum Codon auf der mRNA ist. Auf der anderen Seite ist sie mit der zugehörigen Aminosäure beladen. Auf diese Weise wird der genetische Code auf der mRNA abgelesen und in die entsprechende Aminosäurekette zum Protein verwandelt. Dieser Prozess geschieht in den Ribosomen.