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Wissen & Umwelt

Biologischer Code erweitert

US-Forscher haben das Alphabet des Lebens von vier auf sechs Buchstaben erweitert. In ihrem Labor haben sie halbsynthetische Superbakterien geschaffen. Sie sollen der Biotechnologie neue Möglichkeiten eröffnen.

Bakterien Escherichia coli (Foto: picture alliance / OKAPIA KG. Germany)

Solche Bakterien der Art Escherichia coli haben die Wissenschaftler manipuliert

Wie heute jeder Schüler lernen muss besteht das Alphabet des Lebens aus den vier Buchstaben A, T, G und C. Das steht für Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin. Diese vier so genannten Basen verschlüsseln die Baupläne jeder biologischen Zelle. Forscher vom Scripps Institute haben sich damit nicht zufrieden gegeben und zwei zusätzliche künstliche Basen für das biologische Alphabet geschaffen.

Diese haben sie nun erstmals in Bakterien der Art Escherichia coli eingeschleust

. Aus dem natürlichen Vierercode wurde so ein Sechsercode.

Synthetisch und biologisch

Nach Aussage der Forscher und der Wissenschaftszeitschrift Nature handelt es sich bei den nun präsentierten Bakterien um halb-synthetische Lebewesen. Anders als bei den Mikroorganismen, die der Genom-Pionier Craig Venter vor gut vier Jahren schuf, sind sie kein simpler Nachbau der Natur.

Das Biologen- und Chemiker-Team um Floyd Romesberg hat tatsächlich eine neue Lebensform geschaffen, die sich grundlegend von allem, was die Natur kennt, unterscheidet. Die beiden neuen genetischen Basen haben nicht so einfache Namen wie ihre natürlichen Vettern; sie heißen "dNaMTP" und "d5SICSTP". Das klingt nach besonders sicheren Passwörtern und ist selbst gestandenen Forschern zu kompliziert, deshalb sprechen sie lieber von X und Y.

X Y gelöst

Chemisch betrachtet unterscheiden sich die beiden künstlichen genetischen Buchstaben erheblich von ihren natürlichen Kollegen. Statt wasserliebend sind sie wasserabweisend. So wollen die Wissenschaftler sicherstellen, dass sich künstliche und natürliche Basen nicht vermischen, so wie Wasser und Öl immer getrennt bleiben. Dennoch müssen X und Y irgendwie in die Zellen hinein. Deshalb haben sie ein biochemisches Transportsystem entwickelt.

Künstliches wird natürlich

Sind die beiden künstlichen Basen erst einmal in der Zelle angekommen, müssen sie sich tarnen, damit sie vom Reparatursystem der Zelle nicht als fremd erkannt und beseitigt werden. Die Zelle muss die Erbmoleküle mit den fremden Basen genau so behandeln wie ihre eigene Erbinformation.

Sobald die Zelle sich teilt, muss sie die synthetische DNA ebenso ablesen und sie vermehren. Nach über zehn Jahren Ausprobieren ist das Floyd Romesberg und seiner Arbeitsgruppe jetzt erstmals gelungen. Auf einem Ring aus DNA (Plasmid) schwimmt die unnatürliche Erbinformation in den Bakterien.

Escherichia coli 2.0

Statt des natürlichen Vierercodes besitzen die E.Colis nun einen Sechsercode. Das macht das Haustier der Biologen zu einer Art Super-Organismus. Denn der Sechsercode bietet den Lebewesen mehr biochemische Möglichkeiten als der natürliche Vierercode. Und genau das lässt die Biotechnologen jubeln. Je mehr Buchstaben ein Code besitzt, umso komplexere biochemische Information lässt sich damit verschlüsseln.

Dabei ist jedoch zu beachten, dass neue biologische Substanzen und Wirkstoffe nicht aus Erbmolekülen bestehen sondern aus Proteinen. Sie sind die Werkzeuge der Zelle und wirken als Enzyme oder Medikamente. Die Proteine wiederum bestehen nicht aus Basen sondern aus Aminosäuren. Das heißt: Eigentlich will die Biotechnologie gar keine neuen Basen, sondern neue Aminosäuren. Mit ihnen könnte man zum Beispiel bessere Antibiotika erzeugen, gegen die sich keine oder zumindest weniger Resistenzen bilden. Die fünfte und die sechste Base sind hier nur ein Anfang für neue Forschung und nicht die Lösung des Problems. Zusätzliche künstliche Aminosäuren sind der zweite Schritt.

Risiko aus dem Labor?

Ein Organismus, den die Natur nicht kennt, könnte auch zur Gefahr werden - ganz besonders, wenn er dank Sechsercode der Natur überlegen ist. Allerdings gilt das für die neu geschaffene Lebensform aus Kalifornien nicht. Außerhalb des Labors stellt sie nach Ansicht der Forscher keine Bedrohung dar.

Im Gegenteil. Die semi-synthetischen Organismen lassen sich besser kontrollieren als Bakterien, die mit gewöhnlicher Gentechnik verändert wurden. Denn sie können die beiden zusätzlichen Basen nicht selbst herstellen. Sie sind darauf angewiesen, dass die Wissenschaftler sie füttern. Sobald die Bakterien ihre künstlichen Basen nicht mehr erhalten, hören sie auf, künstliche DNA zu bilden. Alles Unnatürliche verschwindet aus ihrem Erbmaterial. Würde ein Organismus aus dem Labor entweichen, hätte er keine Überlebenschance. Es sei denn, das Bakterium verzichtet auf seine synthetischen Bauteile und wird wieder ein natürliches Allerwelts-Bakterium mit einem Vierer-Code.

Gentechnik reloaded

Vielleicht gelingt es der Wissenschaft, mit den beiden neuen Basen die Gentechnik so zu verändern, dass sie im Labor gute Dienste leisten kann, aber in der freien Natur keine Chance hat. Gentechnik wäre dann immer noch unnatürlich, aber besser beherrschbar. Für die Entwicklung dringend gebrauchter neuer Medikamente ließen sich ihre Möglichkeiten nutzen, ohne neue Risiken einzugehen. Das sollten auch Gentechnikgegner bedenken.

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