Synthetische Biologie Leben aus dem Lego-Baukasten

Maßgeschneiderte Bakterien stellen billig Medikamente her, Einzeller besiedeln den Mars: Wissenschaftler hoffen auf bahnbrechende Neuerungen durch die synthetische Biologie. SPIEGEL ONLINE erklärt, was die Mikroben-Ingenieure für die Zukunft planen.

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Maßgeschneidertes Leben: Bakterium erschaffen
Ob es die Züchtung besonders ergiebiger Getreidesorten war oder die Domestizierung von Tieren - seit je her formt der Mensch die Natur für seine Zwecke. Stets wählte er das aus, was ihm genehm war und vermehrte es nach Kräften.

Die synthetische Biologie zäumt das Pferd jetzt von hinten auf: Man züchtet nicht mehr mühselig einen Organismus heran - man baut ihn sich einfach. So wird Biologie zum Handwerk. Bald könnten neue Berufsnamen wie Mikroben-Ingenieur oder Organismus-Designer auf Visitenkarten stehen.

Wissenschaftler arbeiten derzeit daran, dass man für das Bauen von Lebewesen künftig nicht einmal mehr Kenntnisse in Molekulargenetik benötigt. Biobricks heißen die Legosteine der synthetischen Biologie. Es sind in mühseliger Arbeit identifizierte Gene, die Information für bestimmte Funktionen tragen. Wie Schalter, Rohre und Scharniere können sie kombiniert werden, um daraus einen maßgeschneiderten Organismus zu bauen, der gewünschte Funktionen ausführt.

Warum nicht Stühle und Tische aus der Erde wachsen lassen?

Die Möglichkeiten scheinen unbegrenzt: Maßgeschneiderte Bakterien, die Gifte aufspüren, Biodiesel oder Medikamente produzieren, könnten der Anfang einer neuen, milliardenschweren Industrie sein, die sich aus der Ressource Leben bedient.

Aber die Lebenserschaffer wollen noch weiter gehen. Sie wollen Mikroben einspannen, um lebensfeindliche Planeten wie Mars und Venus bewohnbar zu machen. Und ganze Wertschöpfungsketten gleich biologisch programmieren: Warum nicht fertige Stühle und Tische aus der Erde wachsen lassen, statt sie aus dem Holz der Bäume zu fertigen?

Wissenschaftler haben im vergangenen Jahrzehnt das Erbgut vieler Lebewesen entziffert, einschließlich des Menschen. Sie haben versucht, es zu verstehen, haben biochemische Stoffwechselwege studiert, die Regulation genetischer Netzwerke untersucht. Nun drängen die Forscher der noch jungen Disziplin der synthetischen Biologie darauf, das Wissen einzusetzen, um daraus neue Organismen zu bauen.

Mehrere Schlüsseltechniken dafür sind im vergangenen Jahrzehnt stark technisiert und billiger geworden: DNA-Sequenzen lassen sich mittlerweile mit kommerziell erhältlichen Automaten auslesen, der Preis für ein menschliches Genom liegt derzeit bei rund 4000 Dollar, Ziel ist das 1000-Dollar-Genom. Mit PCR-Automaten kann man bereits seit vielen Jahren Gene bequem und schnell vervielfältigen.

Nur der umgekehrte Weg - eine DNA-Sequenz auf dem Papier in ein reales DNA-Molekül umzuwandeln - ist noch nicht voll automatisiert. Mehrere Firmen weltweit bieten die Herstellung von Genen auf Rezept an, für etwa 30 Cents pro DNA-Buchstabe. Zur Orientierung: Das Erbgut des Menschen besteht aus 3,2 Milliarden Buchstaben, Biobricks haben einige Hundert bis wenige Tausend Buchstaben.

Im ersten Schritt werden Einzeller umprogrammiert

Schöner aber wäre ein vollautomatischer "DNA-Drucker", in den man einfach die gewünschte DNA-Sequenz der gewünschten Biobricks eintippt, die man sich in der Datenbank "Registry of Standard Biological Parts" herausgesucht hat. Am anderen Ende kommt das neu programmierte Bakterium heraus. Einen Prototypen eines solchen Geräts hat der Harvard-Forscher George Church schon entwickelt: MAGE (multiplex automated genome engineering) nennt er seinen Apparat, der tatsächlich kurze DNA-Sequenzen über mehrere Zwischenschritte in Moleküle umsetzt und diese direkt in Einzeller einbaut. Allerdings schafft MAGE nur kurze Stücke, Biobricks können damit noch nicht geschrieben werden.

"Die ersten Anwendungen künstlichen Lebens werden Treibstoffe, Chemikalien und Medikamente sein", prognostiziert George Church. Im ersten Schritt werden die synthetischen Biologen einzellige Lebewesen programmieren: Bakterien, Pilze, Algen. Die vermeintlich simplen Organismen sind die heimlichen Gewinner der Evolution: Von der Arktis bis in die Tiefsee - es gibt kaum eine Nische unseres Planeten, den sie nicht erobert haben. Ob Frost oder Hitze, Umweltgifte oder Radioaktivität - sie können sich an jede noch so widrige Umwelt anpassen.

Damit bieten sie ein vielfältiges Repertoire, das sich die synthetischen Biologen zunutze machen wollen. Die Einzeller könnten aufwendige und teure Produktionsprozesse der chemischen Industrie ersetzen. Synthetische Biologen betrachten sie wie ein Chassis, in das man die gewünschten Biobricks einschleust und die Einzeller zu Mini-Fabriken nach Wahl programmiert.

Welche Möglichkeiten bietet die Biologie aus dem Lego-Baukasten? Welche Anwendungen werden durch den Einsatz der Einzellerfabriken möglich? SPIEGEL ONLINE stellt einige der künftigen Einsatzfelder für das künstliche Leben vor.



Forum - Dürfen Forscher im Labor künstliches Leben schaffen?
insgesamt 596 Beiträge
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Seite 1
günter1934 30.12.2009
1.
Zitat von sysopDie Möglichkeiten der Forschung, von Entdeckern zu Schöpfern zu werden, haben sich in den letzten Jahren enorm entwickelt. Auch das Erzeugen von Leben unter Laborbedingungen erscheint möglich. Trotz aller ethischen Vorbehalte - dürfen Wissenschaftler im Labor künstliches Leben erschaffen?
In einem Land dürfen Sie es, werden vielleicht sogar dazu angehalten, in anderern Ländern nicht. Aber wenn es technisch möglich ist, wird es garantiert gemacht. Dauert aber noch.
Kryoniker 30.12.2009
2.
Gegenfrage: Ist Leben, wenn es einmal da ist, überhaupt noch "künstlich"? Ich weiß nicht, inwieweit wir hier über Science fiction reden und ob ich das überhaupt noch einmal miterleben werde, daß da etwas im Labor Zusammengebasteltes "zu zappeln beginnt", aber Wissenschaftler dürfen dergleichen tun, ja. Es würde mit Sicherheit lange ethische Debatten geben; die katholische Kirche, die dem ungeborenen Leben mehr Schutz zukommen läßt als dem geborenen, bekäme noch einmal die Gelegenheit, sich als wichtig und unentbehrlich darzustellen, aber am Ende wird sowieso getan, was möglich ist. Die Vorstellung vom "künstlichen Leben" beflügelt seit jeher die Phantasie der Menschen, und das nicht erst seit "Frankenstein".
Daniel28, 30.12.2009
3. Ja
Sie müssen sogar. Nur wenn Leben unter Laborbedingungen geschaffen werden kann, können gute Hypothesen entwickelt werden, wie Leben unter natürlichen Bedingungen entstanden sein könnte. Natürlich kann das kein Beweis sein, aber doch ein Hinweis. Dabei geht es nicht nur um die Frage, wie Leben auf der Erde entstanden ist, sondern auch, wie wahrscheinlich Leben in anderen Teilen des Universums ist.
Daniel28, 30.12.2009
4.
Zitat von KryonikerGegenfrage: Ist Leben, wenn es einmal da ist, überhaupt noch "künstlich"? Ich weiß nicht, inwieweit wir hier über Science fiction reden und ob ich das überhaupt noch einmal miterleben werde, daß da etwas im Labor Zusammengebasteltes "zu zappeln beginnt", aber Wissenschaftler dürfen dergleichen tun, ja. Es würde mit Sicherheit lange ethische Debatten geben; die katholische Kirche, die dem ungeborenen Leben mehr Schutz zukommen läßt als dem geborenen, bekäme noch einmal die Gelegenheit, sich als wichtig und unentbehrlich darzustellen, aber am Ende wird sowieso getan, was möglich ist. Die Vorstellung vom "künstlichen Leben" beflügelt seit jeher die Phantasie der Menschen, und das nicht erst seit "Frankenstein".
Wenn es nicht durch "natürliche Auslese" sondern durch "künstliche Auslese" entstanden ist, dann darf das Attribut "künstlich" wohl gebraucht werden. Das hängt davon ab, wie eng man "künstliches Leben" begreifen will. Wenn wir nur natürliche Komponenten neu zusammensetzen also DNA künstlich synthetisieren und in eine geeignete Bakterienhülle mit entsprechenden Zellapparaten einbauen, dürfte das nicht mehr allzu fantastische Zukunftsmusik sein. Wenn man jetzt aber völlig neue biochemische Regelkreise entwickeln wollte, mit z.B. PNA statt DNA, komplett anderen Aminosäuren (oder auch etwas ganz anderes) etc., dann sprechen wir noch von sehr weiter Zukunft. Und wenn es dann noch um "höhere Organismen" also komplexe Mehrzeller geht, dann wird es noch viel schwieriger
Hermes75 30.12.2009
5.
Zitat von KryonikerGegenfrage: Ist Leben, wenn es einmal da ist, überhaupt noch "künstlich"? Ich weiß nicht, inwieweit wir hier über Science fiction reden und ob ich das überhaupt noch einmal miterleben werde, daß da etwas im Labor Zusammengebasteltes "zu zappeln beginnt", aber Wissenschaftler dürfen dergleichen tun, ja. Es würde mit Sicherheit lange ethische Debatten geben; die katholische Kirche, die dem ungeborenen Leben mehr Schutz zukommen läßt als dem geborenen, bekäme noch einmal die Gelegenheit, sich als wichtig und unentbehrlich darzustellen, aber am Ende wird sowieso getan, was möglich ist. Die Vorstellung vom "künstlichen Leben" beflügelt seit jeher die Phantasie der Menschen, und das nicht erst seit "Frankenstein".
In der Tat müsste man heir erstmal klären was unter "künstliches Leben erschaffen" denn wirklich gemeint ist? Zellkulturen anlegen oder am genom von Lebewesen herumzupfuschen ist ja nun nichts mehr neues, aber das hat nichts mit "Leben erschaffen" zu tun. Dass es in absehbarer Zeit gelingt auch nur eine Zelle künstlich zusammenzusetzen und "zum Leben zu erwecken". Wenn die Wissenschaft es aber irgendwann mal kann, warum nicht? Bleibt nur die Frage warum man das tun sollte, wofür das gut ist und welche Risiken davon ausgehen. Die Erfahrung zeigt schließlich, dass es äußerst schwierig sein kann gewisse Organismen wieder loszuwerden, wenn sie einmal da sind.
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