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Erster künstlicher Organismus: "Sie sollen tun, was wir wollen"

Von Cinthia Briseño

Die Menschheit kann jetzt Leben schaffen. Wissenschaftler um Craig Venter haben einen künstlichen Organismus erzeugt: am Computer konstruiert, im Labor erweckt. Der legendäre Forscher erhofft sich von neuen Wesen revolutionäre Eigenschaften - tatsächlich ist er seiner Vision näher denn je.

Maßgeschneidertes Leben: Bakterium erschaffen Fotos
dpa

Und am achten Tag erschuf Craig Venter künstliches Leben.

Ist der Mann ein Konkurrent Gottes? Ein neuer Frankenstein? Die Frage wird gestellt, seit Venter erstmals seine Visionen für die Genforschung formuliert hat - er selbst antwortet dann, er spiele nicht Gott. Er schaffe ja nicht das Leben von Grund auf neu. Er nutze nur, was die Natur ihm bietet. Das Material des Lebens. Die Bausteine der DNA. Er nehme sie und setze sie nur neu zusammen.

Jetzt hat er es wieder getan. Seinen Wissenschaftlern ist es gelungen, erstmals ein Bakterium mit künstlichem Erbgut zu schaffen - also künstliches Leben.

Ein lebensfähiges Bakterium mit einem vollständig künstlichen Genom hätten sie hergestellt, berichten die Forscher vom Craig Venter Institute in Rockville aus den USA im Wissenschaftsmagazin "Science". Die Forscher beschrieben, wie sie Gene eines Bakteriums aus einzelnen Erbgutstückchen nachbauten und das so entstandene Kunstgenom in eine andere Bakterienart einsetzten. Die Folge: Das Originalerbgut der Zelle wurde abgestoßen. Stattdessen produzierte die gekaperte Zelle nur noch Stoffe, die auf dem künstlichen Erbgut gespeichert waren. So entstand eine Zelle, die von dem fremden Genom kontrolliert wurde - die Forscher sprechen von einer "synthetischen Zelle".

Was bedeutet Craig Venters neuestes Schaffenswerk? Es ist nicht das Ursuppen-Experiment, von dem viele träumen: jener Versuch der Rekonstruktion der Ereignisse vor Abermillionen von Jahren, die zur Entstehung des Lebens führten. Aber es geht doch um einen Meilenstein in der Geschichte der sogenannten Synthetischen Biologie.

Genauer: Es geht um ein wegweisendes Experiment mit den Bausteinen unserer DNA namens A, T, G, C. Die Kürzel stehen für die die Moleküle Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin, die Basen der DNA. Venters erster künstlicher Organismus ist aus einer Abfolge von rund einer Million AT- und GC-Paaren am PC entstanden. Eine Maschine hat aus diesem Bauplan das künstliche DNA-Molekül erschaffen. Die am Ende entstandene bakterielle Zelle ist zwar noch weit davon entfernt, ein Organismus zu sein, der nach den Wünschen der Forscher arbeitet, und es ist auch kein komplett neues Lebewesen - aber eine lebensfähige synthetische Zelle, die sich sogar selbständig vermehren kann.

"Sie sollen das tun, was wir wollen"

In einem SPIEGEL-Gespräch sagte Venter einmal, er wolle künstliches Leben "sicher nicht in dem Sinne, dass wir alle Ingredienzen zusammengeschmissen, geschüttelt und mit einem Blitzschlag zum Leben erweckt hätten, das nicht". Soll heißen: Er will nicht Gott spielen. Aber mit A, G, C und T. Venter ist einer der Väter der Synthetischen Biologie. Er hat die Lebensbausteine studiert, im Erbgut zahlreicher Organismen gelesen, sie entschlüsselt, vom ersten Bakterium vor 15 Jahren hin zum Humangenom nur fünf Jahre später. Und nun macht er sich auf, um aus dem Gelernten neue Organismen zu erschaffen.

"Sie sollen das tun, was wir wollen", sagt er über die künstlichen Lebensformen - und gibt damit die Linie für die Synthetische Biologie vor, die längst zu einem riesigen Forschungszweig gewachsen ist, mit kühnen Visionen. Sie will biologische Strukturen und kleinere Organismen wie Bakterien mit neuen, in der Natur unbekannten Eigenschaften schaffen.

Molekularbiologen, Chemiker, Biotechnologen, Informationswissenschaftler, Computerspezialisten und Ingenieure arbeiten in der Disziplin zusammen. Nach und nach soll ein ganz neuer Wirtschaftszweig erwachsen, der in seinen Anfängen schon jetzt floriert. Venter betreibt ein Unternehmen namens Synthetic Genomics, in das üppige Investitionen fließen.

Erwächst aus der Wissenschaft eine gigantische Industrie?

Eines Tages wird man bei dem Unternehmen vielleicht ganze maßgeschneiderte Genome bestellen können. Diese sollen dann nicht weniger als globale Probleme lösen. Das Weltenergieproblem etwa.

Warum nicht Gene erschaffen, mit deren Hilfe ein Organismus Biokraftstoffe herstellt? Dem Ölkonzern Exxon Mobil war diese Idee schon eine Investition von mehreren hundert Millionen Dollar in die Synthetic Genomics wert. Venter finanziert damit ein Projekt mit Algen, die aus Sonnenlicht und Kohlendioxid Brennstoffe herstellen können sollen. So könnte das schädliche Treibhausgas CO2, das wir in Massen in die Erdatmosphäre blasen, plötzlich zur neuen Brennstoffquelle werden.

Bis es soweit ist, werden noch viele Jahre oder Jahrzehnte vergehen. Aber irgendwann wird es eine künstliche Form der Alge geben, die CO2 effizienter verarbeitet als die natürlichen Varianten - das gilt für viele Experten als sicher.

Organismen wie sie werden die globale Ökonomie verändern. Neue Medikamente, sauberes Benzin, Materialien, die sich selbst reparieren, Diagnostika: Es gibt kaum etwas, an das die Genom-Designer noch nicht gedacht hätten.

Spätestens seit der Entschlüsselung des Humangenoms polarisieren Venters Pionierleistungen. Dessen gibt er sich bewusst. Allzu gut kennt er die moralischen Bedenken. Er möchte den Kritikern vorgreifen: Schon in den späten neunziger Jahren hat sich sein Team mit den ethischen Fragestellungen auseinandergesetzt - nach eigenen Angaben noch vor den ersten Schaffensexperimenten.

Seither wird die Arbeit von Venters Team in regelmäßigen Abständen immer wieder ethisch begutachtet. Internationale Regeln, wie man mit einer solchen Hochrisikotechnologie umzugehen hat, gibt es bisher nicht. Die Liste der Untersuchungsberichte ist aber lang. Dass das genügt, um alle Bedenken und Ängste der Kritiker beiseite zu schieben, ist unwahrscheinlich. Aber die Evolution geht weiter.

Und Craig Venter wird mitmischen.

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Forum - Diskussion über diesen Artikel
insgesamt 128 Beiträge
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1.
Gebetsmühle 21.05.2010
Zitat von sysopDie Menschheit kann jetzt Leben schaffen. Wissenschaftler um Craig Venter haben einen künstlichen Organismus erzeugt: am Computer konstruiert, im Labor erweckt. Der legendäre Forscher erhofft sich von neuen Wesen revolutionäre Eigenschaften - tatsächlich ist er seiner Vision näher denn je. http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/0,1518,696057,00.html
sie sollen tun was wir wollen? gibts doch schon und nennt sich steuerbürger.
2. naja
sverris 21.05.2010
klingt für mich mehr nach einem naturidentischen genom ("nachgebaut"), dass ich ein anderes bakterium eingepflanzt wurde (auch dieser teil also nicht "neugeschaffen"). für mich ist das noch kein künstlicher organismus.
3. "Sie sollen tun, was wir wollen"
FastFertig, 21.05.2010
Kann man die neuen Erkenntnisse dazu verwenden um Bakterien zu entwickeln die beispielsweise nahrhafte Milch erzeugen? Der Forscher darf Wasser, Sonnenlicht und Gras verwenden. Jede ungebildete Kuh kann daraus Milch machen, ist also ganz einfach. Man braucht die meisten Teile der Kuh nicht, wenn man nur Milch produzieren will. Gleiches gilt für ein Reiskorn. Warum kann man nicht aus Wasser, Sonnenlicht und Dreck ein Reiskorn entstehen lassen? Dafür braucht man nicht einmal ein Gehirn, zumindest hat man ein solches noch nicht in einer Pflanze gefunden. Aber, so weit ist man wohl noch nicht. Man hat ein paar Millionen Informationen, stöpselt sie zusammen und freut sich, dass es nicht gleich zerfällt. Was genau passiert, keine Ahnung. Das ist so, als ob man das RAM eine Computers mit Zufallszahlen füllt, den PC startet und sich freut, wenn er nicht gleich abschmiert. Wie kommt man von da also auf das schmale Brett: "Sie sollen tun, was wir wollen"? Ist das einfach nur reiner Größenwahn, totaler Realitätsverlust oder pures Wunschdenken?
4. voll cool
Websingularität 21.05.2010
Jo, diese Entwicklung war ja auch absehbar. Trotzdem sollten sich die Genetiker mal auf dringlichere Sachen konzentrieren. Jetzt hat Herr Venter vielleicht das Rüstzeug, um ein Antivirusprogramm gegen HIV zu programmieren. Vorher braucht dieser Mann nicht angekrochen kommen. Alles andere ist mediale Effekthascherei um Investoren zu locken. Was aber diese neue Disziplin so interessant macht, ist zu sehen, wer "besser" programmieren kann: Der Mensch oder die Natur. Ich vermute mal, ein höheres Lebewesen wie ein Mensch oder Elefant, ist derart komplex, soviele Genetiker findet man auf der ganzen Welt nicht. Es wird wohl bei einfachen Bakterien bleiben. Ist ja auch schon beachtlich, was damit möglich wäre/ist.
5. "Sie sollen tun, was wir wollen"
majik 21.05.2010
Es ist nur eine Frage der Zeit, bis das Militär sich der Sache bemächtigt. Es wäre das erste Mal, dass eine waffenfähige Technologie nicht auch als solche benutzt wird.
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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 Basen: 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.

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