15. Feb 2017

Erbgut, Version 4+2: Clever gelöst, aber noch nicht am Ziel

Forscher erzeugen Bakterien, deren genetisches Alphabet zwei neue Buchstaben enthält. Dank der Genschere CRISPR bleibt das Konstrukt stabil, aber bis zum versprochenen semi-synthetischen Leben ist es noch ein langer Weg.

Synthetisches Leben: Mit dieser Ankündigung hatte sich schon Craig Venter grandios vergriffen. Nun wollen Forscher einen semi-synthetischen Organismus erschaffen haben, dessen Erbgut ungeahnte Möglichkeiten bietet. Auch sie haben den Mund etwas zu voll genommen – aber immerhin tatsächlich etwas Neues geschaffen.

An Ehrgeiz mangelte es den Forscher jedenfalls nicht. Die Evolution – zumindest so, wie wir sie kennen – hat die DNA mit genau vier Basen ausgestattet. Floyd Romesberg vom kalifornischen Scripps Institut und seine Kollegen haben dieses DNA-Alphabet nun erweitert – um die Buchstaben X und Y (oder für Chemiker: die Basen dNaM und dTPT3).

Sechs Basen und ein instabiles Erbgut

Eigentlich ein alter Hut, denn dieses Resultat verkündete Romesberg schon vor drei Jahren. Aber der damalige Prototyp hatte einen schwerwiegenden Geburtsfehler: Das Erbgut erwies sich als instabil, die neuen Basen flogen im Nu wieder raus.

Dieses Problem scheint nun gelöst – mindestens 60 Generationen überdauern die synthetischen Basen in der DNA. Und den Bakterien geht es sogar relativ gut dabei, ihr Wachstum zumindest ist kaum beeinträchtigt: Die Zeit, die sie für eine Zellteilung benötigen, hat sich nur um ein Fünftel verlängert.

Was hat Romesberg diesmal anders gemacht? Zuerst ein bisschen altmodische Optimierung: Er hat eine der Basen modifiziert und deren Transport in die Zelle erleichtert. Doch die nächste Idee war kein bisschen altmodisch, sondern fast schon genial (wenn auch ziemlich gemein dem Bakterium gegenüber). Die Forscher konnten dem Bakterium einreden, dass sein ursprüngliches Erbgut eliminiert werden muss – weil es von einem fremden Eindringling stammt.

Bakterium fies getäuscht

Im Zentrum steht – wie so oft in letzter Zeit – die Genschere CRISPR-Cas9. Diese bildet eine Art Immunabwehr: Bakterien wehren sich gegen Viren und Phagen, indem sie Bruchstücke von deren Genen in ihrem Erbgut speichern. Aus den gespeicherten Sequenzen erzeugen sie RNA-Moleküle, die als Vorlage für Cas9 dienen: Das Enzym macht sich dann auf die Suche und schneidet alles, was zur Vorlage passt, in kleine Stücke.

Viren wird damit ziemlich effizient der Garaus gemacht.

Die Forscher hatten nun den wirklich cleveren Einfall, Cas9 auf das eigene Genom anzusetzen. Sie boten dem Enzym Vorlagen an, die genau zum ursprünglichen 4-Basen-Erbgut passen, in der 6-Basen-Variante jedoch fehlen. Die Folge: Sobald ein Bakterium die fremden Basen aus dem Genom befördern wollte, wendete sich Cas9 gegen das eigene Erbgut und hackte es auseinander.

Abtrünnige Klone bereiten sich dann selbst den Garaus.

Semi-synthetischer Organismus?

So weit, so beeindruckend. Aber die Forscher pochen auch lautstark darauf, einen semi-synthetischen Organismus erzeugt zu haben. Und ab da kann ich ihnen nicht mehr folgen.

Selbstverständlich ist der Einbau von zwei fremden Basen in die DNA ein großer Schritt – aber um eine neue Lebensform zu begründen, sollten diese Basen auch eine Funktion erfüllen. Etwa Proteine umbauen, den Stoffwechsel neu programmieren oder vielleicht sogar gänzlich neue Eigenschaften hervorrufen.

Davon kann aber in keiner Weise die Rede sein. Bisher sind die Änderungen im Genom minimal: Gerade einmal an zwei Stellen des bakteriellen Erbguts wurden künstliche Basenpaare eingebaut. Und keines dieser beiden isolierten Basenpaare nimmt irgendeinen Einfluss auf die Funktion des Bakteriums.

Vieles fehlt – vor allem eine Anwendung

Natürlich besteht ab jetzt die Option, neue Proteine und damit neue Eigenschaften zu erzeugen. Doch bis dahin ist es noch ein sehr weiter Weg. So fehlt das gesamte Inventar, das für die Proteinherstellung notwendig ist – tRNAs, Enzyme und vieles mehr. Davon abgesehen haben die Forscher – wie sie auch bereitwillig zugeben – noch keine Vorstellung, welche Anwendung nun dringend auf eine Realisierung warte sollte.

Also kurz zusammengefasst: Die Forscher binden dem Bakterium einen genetischen Klotz ans Bein. Und wenn es versucht, sich zu befreien, wird es in den Selbstmord getrieben.

Das ist ein genialer Ansatz, um die fremden Basen im Erbgut zu halten. Aber synthetisches oder meinetwegen nur semi-synthetisches Leben? Dafür sollte dann auch das Bakterium ein wenig von seinem erweiterten Alphabet profitieren.

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