Auf dem Weg zum künstlichen Leben
Forschern des Venter-Instituts ist es gelungen, erstmals ein ganzes Bakteriengenom zu synthetisieren. Jetzt muss es nur noch "gebootet" werden. In einer Telefonkonferenz haben Craig Venter und seine Kollegen gestern Stellung zu ihrem neuen Coup genommen.
- Niels Boeing
Wer den Genforscher Craig Venter kennt, weiß: Wenn der Mann eine Mission hat, zieht er sie durch. Das war so, als er die Sequenzierung des menschlichen Genoms Ende der neunziger Jahre in einen Schlagzeilen-trächtigen Wettlauf mit dem Human Genome Project verwandelte – und am Ende Erfolg hatte. Und auch jetzt scheint es, dass der nächste Plan aufgeht: die Schaffung künstlicher Lebensformen, um mit ihrer Hilfe Kraftstoffe für die Energieversorgung der Zukunft zu gewinnen. „Wir haben erstmals ein synthetisches bakterielles Genom hergestellt“, sagte Venter, der zurzeit auf dem Weltwirtschaftsforum in Davos ist, gestern in einer Telefonkonferenz. „Das Genom ist 20 Mal größer als das größte bisher publizierte Genfragment.“
Die Arbeit, die in der heutigen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Science veröffentlicht wird, markiert einen weiteren Meilenstein der Venter’schen Roadmap zum „Leben 2.0“. Bereits 2006 hatten er und seine Mitarbeiter ein so genanntes Minimalgenom beschrieben: eine reduzierte Version des Genoms von Mycoplasma genitalium, einem sehr kleinen Bakterium. Statt 483 soll es nur die 382 Gene enthalten, die unverzichtbar für die Lebensfunktionen sind. Ein solches Minimalgenom soll ein neues „Betriebssystem für Zellen“ bilden, wie Venter sich ausdrückte, die dann als Biomaschinen dienen könnten.
Das Minimalgenom existiert vorerst nur auf dem Papier. Bis es wirklich lebensfähig wird, müssen einige technische Hürden genommen werden. Im Juni 2007 stellte die Venter-Gruppe einen ersten wichtigen Schritt vor: Sie konnten ein komplettes Genom in eine fremde Zelle transplantieren. Teilte sich diese, bildete sich in 1 von 150.000 Fällen eine Zelle, die nur das transplantierte Genom enthielt.
Nun ist es den Forschern erstmals gelungen, ein bakterielles Genom, dessen Teile in Synthese-Maschinen produziert worden waren, in voller Länge zusammenzusetzen. Zunächst ließ die Venter-Gruppe 101 Abschnitte des gut 580.000 Basenpaare langen Genoms von dem DNS-Hersteller Blue Heron Biotechnologies synthetisieren. Die Abschnitte waren so gewählt, dass sie sich an beiden Ende um durchschnittlich je 80 Basenpaare mit den jeweils benachbarten überlappten.
Zunächst versuchten die Forscher, die Abschnitte in Kulturen aus Escherichia-coli-Bakterien von deren Rekombinationsmechanismus zusammenfügen zu lassen. Das gelang nicht: Die Stränge erreichten nicht einmal die halbe Länge des Mycoplasma-Genoms. Deshalb wiederholten Venters Leute den Schritt in Hefezellen. Im Unterschied zu Koli-Bakterien könnten die auch sehr große Gensequenzen verarbeiten, sagte Craig Venter. Enzyme setzten diese Abschnitte im Zellkern dann tatsächlich zu einem künstlichen Chromosom zusammen. Während die Hefe-Chromosomen eine langgestreckte Form haben, bildet das künstliche Chromosom einen Ring, der nicht mit diesen verbunden ist. Diese Eigenschaft konnten sich die Forscher zunutze machen, um schließlich das derart neu gebildete Bakterien-Chromosom mittels Elektrophorese zu trennen.
Mit Transplantation und Synthese habe man zwei von drei Schritten erfolgreich bewältigt, sagte Venter gestern. „Aber das ist noch nicht der ganz große Wurf. Wir haben das künstliche Chromosom noch nicht ‚gebootet’.“ Will heißen: Erst wenn es in eine leere Zelle eingefügt wird und diese mit dem neuen Genom weiterlebt, haben er und seine Mitstreiter ihr Ziel erreicht. „Wir sind aber zuversichtlich, dass wir das auch schaffen“, bekräftigte Venter. Wie lange sie dazu brauchen werden, darüber wollte er keine Prognose abgeben.
Der dritte Schritt ist allerdings nicht so einfach. Ein Problem sei, dass Enzyme der Wirtszelle ein transplantiertes Genom deformieren, ja sogar zerstören könnten, so dass es nicht mehr lebensfähig ist, sagte Venters Mitarbeiter John Glass. Ebenfalls unklar ist noch, ob ein reduziertes Minimalgenom lebensfähig sein könnte. Bislang hatten die Forscher nur jeweils einzelne Gene abgeschaltet („ausgeknockt“) und geschaut, ob das Bakterium überlebt. Das war bei 101 Genen der Fall – diese werden deshalb als potenziell verzichtbar angesehen. Laut Venter-Forscher Hamilton Smith wisse man jedoch nicht, was passieren würde, wenn alle 101 Gene zusammen fehlten.
Venters Ziel ist, „in die Design-Phase der Biologie einzutreten“. Dieser Ansatz wird auch als Synthetische Biologie oder Synthetische Genomik bezeichnet: Bakterien sollen präzise zu neuartigen programmierbaren Biomaschinen werden – daher auch die Analogien zur Computertechnik, wenn Venter von „Betriebssystem“ und „booten“ spricht.
