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Genetik 2. Juni 2010

Genom statt Gen

Craig Venter und seine Mitarbeiter haben – entgegen den Darstellungen in manchen Medien – keine synthetische Zelle geschaffen. Ihre jüngste Arbeit ist ein Schritt, aber kein Sprung. Craig Venter ist in der Humangenetik kein unbeschriebenes Blatt.

Schon bei der Sequenzierung des menschlichen Genoms war der US-Biochemiker schneller als andere – aber auch nicht so gründlich. Nun also sollen er und seine Arbeitsgruppe die erste selbstreplizierende synthetischen Bakterie (First Self-Replicating Synthetic Bacterial Cell) geschaffen haben – so zumindest der Titel in der Presseaussendung seines Instituts1.

 

„Das ist die erste synthetische Zelle, die jemals erzeugt worden ist“, erklärt Venter laut Scinexx2. „Wir können sie synthetisch nennen, weil die Zelle komplett aus einem künstlichen Chromosom entstanden ist. Dieses wiederum basiert auf vier Flaschen mit Chemikalien, einem chemischen Synthetisiergerät und Information, die in einem Computer generiert wurde. Dies ist ein wichtiger Schritt, sowohl wissenschaftlich als auch philosophisch. Es veränderte auf jeden Fall meine eigene Sicht auf Definitionen von Leben und davon, wie das Leben funktioniert.“

Der Titel der in Science publizierten Arbeit3 lautet: „Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome“. Erstautor Gibson erklärt: „Mit diesem Ansatz können wir mit einer DNA-Sequenz starten und genau einen Organismus entwerfen, wie wir wollen. Es gibt schon viele gute Wege, Gene zu konstruieren, aber hier können alle Änderungen in einem Genom auf einmal durchgeführt und DNA-Segmente eingeführt werden, die sich in der Natur nicht finden.“

Also nicht die Zelle ist künstlich, sondern „nur“ das Genom. Alles darum herum von den Ribosomen bis zur Zellwand stammt von einem anderen Bakterium, dessen DNA ausgeschaltet und durch die künstliche DNA ersetzt wurde. Und nicht irgendeinem anderen Bakterium, sondern einem nahe verwandten.

Nachbau statt Original

Auch das Genom selbst ist zwar künstlich zusammengesetzt, aber nach dem Muster eines natürlich vorkommenden Bakteriums. Mit anderen Worten: Venter und sein Team haben „einfach“ die DNA des Mycoplasma mycoides subsp. capri aus synthetischen Bausteinen zusammenkopiert und in ein Mycoplasma capricolum subsp. capricolum eingesetzt. George Church, Harvard Medical School, meint dazu in Nature4: „Eine Kopie eines alten Textes auszudrucken ist etwas anderes, als die Sprache zu verstehen.“

Prof. DI Dr. Helmut Schwab, Leiter des Inst. f. Molekulare Biotechnologie, Univ. Graz, schlägt in dieselbe Kerbe: „Plasmide werden schon seit langem etwa zur Produktion von Insulin verwendet. Venter hat im Grunde nichts anderes gemacht, als ein sehr großes Plasmid einzusetzen, denn dieses Bakterium hat den Plasmiden nicht unähnliche ringförmige Chromosomen. Was Venter getan hat, ist ein deutlicher quantitativer Schritt, aber nichts qualitativ Neues.“

Mykoplasmen wurden verwendet, da sie zu den Lebewesen mit den einfachsten Genomen gehören. Und auch, dass die beiden Bakterienarten verwandt waren, sieht Schwab als einen Vorteil an. Der öfters genutzte Vergleich von der „Hardware“ Zelle, die durch die „Software“ DNA gesteuert wird, ist hier brauchbar. Denn wie es nicht ohne Weiteres, sondern nur mit Emulationen gelingt, ein Programm von Microsoft auf einem Apple-McIntosh zum Laufen zu bringen, so müssen auch bei der Zelle die Anweisungen der DNA zu den Zellstrukturen passen. Gewisse restriktive Enzyme können die Vermehrung fremder DNA in einer Zelle verhindern.

Wir sind nicht Gott

Wenn die Zeitung Die Welt nun „Wir sind Gott“ titelt5, liegt sie weit daneben. Eine künstliche DNA macht noch lange kein Leben. Und von „creation“ und „künstlichen Zellen“ zu sprechen, ist eine für Venter nicht ganz untypische publizistische, nicht aber wissenschaftliche Leistung.

„Wir kennen die Funktionalitäten der DNA und auch anderer Strukturen in der Zelle noch nicht im Detail“, erklärt Schwab. „Gerade kürzlich wurden auch in Bakterien kleine RNA- Moleküle entdeckt, die offensichtlich eine regulatorische Funktion haben. Weiters ist auch evident geworden, dass die Sequenzstruktur von Genen etwa die Faltung von Proteinen zu steuern scheint.“ Jim Collins, Boston University, drückt das Gleiche einfacher aus4: „Offen gesagt, Wissenschafter verstehen nicht genug von Biologie, um Leben zu schaffen.“ Aber, so der Forscher weiter: „Die neue Technik könnte möglicherweise große Änderungen in einem Genom möglich machen. Das wiederum könnte etwa zur Konstruktion großer Gen-Netzwerke in einem Bakterium führen, die Biotreibstoffe oder medizinisch anwendbare Proteine erzeugen.“

Erschaffung neuer Arten?

Wie sieht es also mit den Ideen Venters aus, neue Spezies zu kreieren? Schwab: „Das macht die Natur ständig. Jedes Jahr finden sich zahlreiche neue Bakterien aufgrund von Mutationen und horizontalem Gentransfer.“ Auch die Diskussion um notwendige gesetzliche Regelungen hält er für entbehrlich. Denn zumindest in Österreich sind die diesbezüglichen Gesetze schon jetzt sehr streng und verbieten etwa gentechnische Arbeiten, die bei höheren Tieren zum Brechen von Speziesgrenzen führen.

Die Grenzen der Natur

Es könnten also vielleicht in absehbarer Zeit gezielt ganz bestimmte Spezies mit vorbestimmten Genomen „gebaut“ werden. Zumindest auf sehr niedriger, bakterieller Ebene. „Dass die Sache vor allem bei höheren Organismen nicht so einfach ist, zeigen die Klon-Experimente“, erklärt Schwab. „Diese Tiere waren nicht gesund, sondern trugen das Alter der ‚Genspender’ in sich. Und es wurden auch die wenigsten auf diese Weise entstandenen Embryonen überhaupt ausgetragen.“

Das sagt auch Martin Fussenegger von der ETH Zürich4: „Die Grenzen der Natur gelten immer noch. Chimärische Organismen mit synthetischen Genomen enthalten konstruierte, aber natürliche genetische Komponenten. Sie unterliegen der Evolution, einem Naturgesetz, das nicht ausgetrickst werden kann. Ob diese Organismen natürlichen Grenzen wie verminderter Reproduktion oder verkürzten Lebensspannen unterliegen, bleibt abzuwarten.“

Es bleibt also dabei: In absehbarer Zeit wird Frankensteins Monster auch in Venters Institut nicht gebaut werden können. Noch nicht einmal eine wirklich neue, künstliche „Designer“-Bakterienspezies ist zur Zeit in Sicht, auch wenn die neue Technik diesen Schritt vielleicht erleichtert. Was bleibt, ist eine technische Verbesserung der herkömmlichen Gentechnologie.

 

1 http://www.jcvi.org/cms/press/press-releases/full-text/article/first-self-replicating-synthetic-bacterial-cell-constructed-by-j-craig-venter-institute-researcher/.

2 http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-11692-2010-05-21.html

3 Gibson DD et al., Science DOI: 10.1126/science.1190719, Published Online May 20, 2010, http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/science.1190719.

4 Nature Advance Online Publication|doi:10.1038/465422a|Published online 20 May 2010, http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/pdf/465422a.pdf 

5 Alan Posener, Welt online, 23.10.2010, http://www.welt.de/die-welt/kultur/literatur/article7750885/WIR-SIND-GOTT.html

Von Livia Rohrmoser, Ärzte Woche 22 /2010

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