Die 473 Gene des Lebens#
Forscher schaffen Leben mit einer Designer-Zelle.#
Von der Wiener Zeitung (Freitag, 25. März 2016) freundlicherweise zur Verfügung gestellt.
Von
Eva Stanzl
© C. Bickel/Science
Wien. Wird es jemals gelingen, die Dinosaurier auferstehen zu lassen? Was der Film "Jurassic Park" als Science Fiction-Stoff in die Kinos gebracht hat, setzt hochspezialisierte Gentechnik voraus. Natürlich funktioniert sie im Film tadellos. Doch in der Realität ist bisher nichts derartiges geglückt. Denn dazu müssten die Forscher dahinterkommen, wie aus toter Materie lebendige entsteht, und die Voraussetzungen für Lebensfähigkeit im Detail kennen. US-Wissenschaftern ist nun ein erster Schritt in diese Richtung geglückt. Sie haben 473 Gene isoliert, die eine Zelle zum Leben benötigt, und daraus einen lebensfähigen Einzeller synthetisch hergestellt. Das Team erläutert sein Design im Fachjournal "Science".
Die Forscher um den US-Pionier des menschlichen Genoms Craig Venter und den Biologen Clyde Hutchinson haben eine Zelle mit Minimal-Ausstattung entworfen und im Labor erzeugt. Der Einzeller teilt sich, wächst und besitzt einen Stoffwechsel. Er besteht einzig und allein aus jenen 473 Genen, die die Voraussetzung für sein Leben sind. "Damit ist es erstmals gelungen, ganz nach dem Wunsch des Menschen ein ganzes Genom neu zu konzipieren", erklärt Meinrad Busslinger, stellvertretender Direktor des Wiener Instituts für Molekulare Pathologie (IMP), der die wissenschaftlichen Arbeiten seit ihren Anfängen kennt.
Im Fachgebiet der Synthetischen Biologie arbeiten Biologen, Chemiker und Ingenieure zusammen, um biologische Systeme zu erzeugen, die in der Natur nicht vorkommen. Der Biologe wird somit zum Designer von einzelnen Molekülen, Zellen und Organismen. Bereits 1984 hatten Venter und seine Kollegen die in der Natur vorkommende Bakterienklasse der Mykoplasmen als Vorlage vorgestellt. Mykoplasmen sind sehr kleine, selbstständig vermehrungsfähige Bakterien. 2010 konnte das Team das vollständige synthetisierte Genom von Mycoplasma mycoides erstmals herstellen. "Nun haben wir eine Zelle erzeugt, die einfacher aufgebaut ist als jede natürliche Zelle", berichten Venter und seine Kollegen in der Studie.
Mehrzeller sind komplexer#
Für die Synthese haben sie das Genom des natürlichen Bakteriums in einer Hefelösung im Reagenzglas nachgebaut. Sie entfernten dabei alle Gene, die nicht Voraussetzung sind für Lebensfähigkeit. Die fertige Minimal-DNA brachten sie schließlich in das Zytoplasma (Grundstruktur der Zelle) einer Mykoplasme ein, deren DNA sie zuvor entfernt hatten. Ohne diese Grundstruktur, also diese Übersetzungsmaschine für die Protein-Synthese, könnte das Genom nicht abgelesen werden und kein Organismus entstehen.
Um herauszufinden, welche Gene unabkömmlich für Leben sind, mussten die Wissenschafter im Original-Organismus jedes Gen Schritt für Schritt lahmlegen. Blieb der Organismus funktionstüchtig, war es nicht überlebenswichtig. Übrig blieben 250 lebenswichtige oder "essenzielle" Gene, aus denen die Forscher den synthetischen Organismus zusammenbauten. Zu ihrer Überraschung stellten sie dabei fest, dass dieses Gebilde aus einzig den essenziellen Zellen Schwierigkeiten hatte, sich zu teilen. Sie entdeckten etwa 120 weitere Gene mit einer ähnlichen Funktion, genannt "redundante" Gene. Erst die Kombination von essenziellem und redundantem Genom ergab einen Organismus, der reproduktions- und lebensfähig war. Ob die synthetische Minimal-Mykroplasma auch in der Natur überleben kann, muss sich noch weisen.
Und wie steht es um die Wiederbelebung der Dinosaurier? "Bevor sich die synthetische Biologie in diese Richtung bewegen kann, muss sie entschlüsseln, wie sich mehrzellige Organismen synthetisieren lassen", sagt Busslinger: "Diese Aufgabe ist weitaus komplexer." Um Gewebe bilden zu können, müssen Zellen miteinander kommunizieren. Etwa müssen sie das Kommando geben, zu welcher Gewebefunktion eine Zelle heranwachsen soll. Einzellern bleibt diese komplexe interne Kommunikation erspart. Sie müssen nur mit der Außenwelt interagieren. Sie benötigen keinen Zellkontakt und keine Signalübermittlung von einer Zelle zur anderen und pflanzen sich außerdem asexuell fort. "Es ist sehr schwierig, etwas jenseits der basalen Funktionen zu bewerkstelligen, für Mehrzeller benötigt man viele zusätzliche Gene", sagt Busslinger.
