Wissenschaftler erzeugten Zellen mit synthetischem Erbgut. Kann die Biologie nun klären, was die Natur des Lebens ist?

Die Liste der Zutaten ist kurz. Viel Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, reichlich Stickstoff, dazu Phosphor und etwas Schwefel. Schließlich Salze, eine Prise Kobalt, Zink und Mangan. Man könnte damit Felder düngen. Oder Leben erschaffen.

Die genaue Rezeptur, die aus Elementen toter Materie belebte Natur entstehen ließ, ist indes seit vier Milliarden Jahren verschollen. Damals war sie ganz offensichtlich ein Volltreffer. Schon bald nach der Entstehung der ersten, noch primitiven Lebewesen wimmelte es auf der Erde: Bakterien, Einzeller, Pilze, die Pflanzen und schließlich die Tiere entstanden – Leben erwies sich als Erfolgsrezept.

Ein Stoff aus Retorten und Maschinen erwacht erstmals zum Leben

Bis heute ist es nicht gelungen, die atemberaubende biologische Vielfalt auch nur annähernd zu erfassen, geschweige denn, ihre Urkraft zu entschlüsseln. Sicher ist nur: Alles Lebendige auf Erden stammt von einem unbekannten Protowesen aus der Frühzeit des Planeten ab. Wie aber ist jener Funke beschaffen, der das Feuerwerk der organischen Natur zündete – und das Leben bis heute am Laufen hält? »An welcher Stelle tritt der entscheidende Übergang von toter zu lebender Materie ein?«, grübelt der Chemiker Helmut Schwarz von der Technischen Universität Berlin , einer der Besten seiner Zunft. »Das können wir bis heute nicht sagen.«

Nun tritt ausgerechnet die jüngste Disziplin der Biowissenschaften an, eine Antwort zu geben: Die Synthetische Biologie will Lebewesen gezielt verändern, ihre inneren Prozesse steuern, gar neue Kreaturen erschaffen. Im Verein mit der Genomforschung dringt sie dabei zum Kern des Lebens vor. Wie weit sie schon gekommen ist, zeigte sich am Freitag vergangener Woche.

Im Fachblatt Science präsentierte der Forschungsvisionär Craig Venter seinen jüngsten Coup. In den Labors seines privaten J. Craig Venter Institute (JCVI) in Rockville, Maryland, erschufen Wissenschaftler einen Mikroorganismus, der vollständig von künstlich synthetisiertem Erbgut kontrolliert wird – das in Maschinen aus toten Atomen entstand. Und, diese Kreatur wächst und vermehrt sich: »Mein Gott – es lebt«, erschauerte die Frankfurter Rundschau .

Schon im Jahr 1998 hatte Venter mit dem Start seines legendären Wettlaufs gegen das internationale Projekt zur Entzifferung des Humangenoms weltweit Aufsehen erregt. Die Feuilletons feierten ihn als Gen-Guru. Nicht minder groß war die Aufregung, als er versprach, Leben zu erzeugen. Künstlich programmierte Zellen, erklärte Venter, könnten die Prinzipien des Lebens deutlich machen und ganz nebenbei die Welt von Energieproblemen befreien, Arzneimittel produzieren oder verseuchte Böden reinigen.

Vier spektakuläre Experimente hat sein Team, zu dem einige der Klügsten in Sachen Technologie und Theorie zählen, seitdem durchgeführt:

Auf einer Pressekonferenz verkündet Craig Venter die Ergebnisse seiner Arbeit

Die Wissenschaftler perfektionierten das Verfahren der Genomtransplantation. Erstmals gelang die Übertragung der kompletten Erbinformation aus einer Bakterienart in eine andere.

2006 befreiten sie das Erbgut der Bazille Mycoplasma genitalum von allem verzichtbaren Ballast und definierten das genetische Minimum, ohne das eine Zelle nicht existieren kann, einen essenziellen Code aus weniger als 400 Genen.

2008 gelang die Rückverwandlung digitalisierter Erbinformation in Biomaterie. Anhand der Datenbankcodes bauten die Forscher das bakterielle Erbmolekül Stück für Stück wieder zusammen.

Jetzt hat Venters Team in einem vierten und entscheidenden Schritt synthetisches Erbgut zum Leben erweckt. Übertragen in die Zellhülle einer fremden Bakterienart, übernahm das Kunstmolekül die Steuerung der Lebensfunktionen. Unter seinem Kommando verwandelten sich die fremden Mikroben in Angehörige jener Spezies, von der die Vorlage für das synthetische DNA-Transplantat stammte.

Der konvertierte Organismus, erklärt Venter ohne jede Bescheidenheit, sei »die erste selbstreplizierende Spezies, dessen Eltern eine Computerdatei« seien. Kein promethischer Funkenschlag wie in Mary Shelleys literarischer Vorlage war nötig, um den Frankenkeim in Maryland zu wecken, seine vitale Essenz ist Information, verschlüsselt in der Buchstabenfolge des Retortenmoleküls mit dem kryptischen Namen JCVI-syn1.0. Spätestens jetzt scheint Rudolf Virchows Überzeugung, jede Zelle entstehe aus einer Zelle (»omnis cellula e cellula«), überholt.

Ganz aus dem Nichts entstand Venters Geschöpf indes nicht. Sein Team benötigte für das Experiment nahezu intakte Zellen. Doch die künstliche Herstellung aller anderen notwendigen Komponenten wird in Labors weltweit vorangetrieben. Das Leben gehe zwar weiter, heißt es im elitären Naturwissenschaftler-Onlineforum Edge, »doch es wird nie mehr wie vorher sein«.

Ist Leben eine fundamentale Eigenschaft von Materie?

Für Venter ist es ein schöpferischer Triumph. Sein faustischer Erkenntnisdrang aber erzeugte stets auch Unbehagen bei Ethikern, Theologen oder Politikern und erst recht bei Biowissenschaftlern selbst. Für manche von ihnen ist »Darth Venter« mit der dunklen Seite der Macht im Bunde. »Celera – Speed matters«, schrieb er seinem Unternehmen auf die Fahne, als er gegen das von ihm als kleinkrämerisch und behäbig geschmähte staatliche Humangenom-Konsortium antrat. Was ihm dafür an Häme entgegenschlug, hat er nicht vergessen. Und demonstriert bei passender Gelegenheit alttestamentarische Rachsucht. Diesmal, indem er vor aller Welt in der größten Wunde der Biozunft herumstocherte.

Sein Erfolg, gab er zu Protokoll, sei nicht bloß ein technologischer Fortschritt, sondern zugleich auch ein philosophischer Durchbruch. Nach seiner Pioniertat könne die Biologie nun endlich ihr Kernproblem anpacken.

Tatsächlich sieht sich die Lebenswissenschaft mit einer unbequemen Wahrheit konfrontiert. Eine universelle Erklärung des Lebens hat das Fach Biologie – immerhin abgeleitet von griechisch bios (Leben) und logos (Lehre) – nie zustande gebracht. Stoffwechsel, Wachstum, Fortpflanzung: Die Lehrbücher kommen kaum über eine phänomenologische Definition von Leben hinaus. »Die Biologie hat keine Theorie«, sagt der Wissenschaftshistoriker Ernst-Peter Fischer. Immerhin, endgültig zu Grabe getragen erscheint nun die Idee einer vis vitalis , der immateriellen Lebenskraft, die allem Organischen innewohne – eine Vorstellung, die esoterisch gestimmte Zeitgenossen bis heute umtreibt.

Doch erklären die naturwissenschaftlichen Theorien der Lebensentstehung wirklich mehr? Zufällige chemische Reaktionen ließen, so die Lehrmeinung, in der Ursuppe der frühen Ozeane nach und nach biologische Moleküle entstehen, unter denen sich erste Lebenserscheinungen zeigten – primitive Stoffwechselprozesse, eiweißartige Verbindungen und kurze Nukleinsäuren, die Vorläufer von Erbmolekülen. Von den Molekülen der Ursuppe zu den gewaltigen Architekturen biologisch wirksamer Atomverbände, von der ersten Zelle bis zum Menschen scheint es eine Kette von Zufällen, Unfällen und Zwischenfällen zu sein, in der die Komplexität des Bestehenden wuchs, bis das Entstehende neue Eigenschaften hervorbrachte. Was wäre, wenn Leben eine fundamentale Eigenschaft der Materie ist, ein zwangsläufiges Resultat der Naturgesetze, wie der belgische Biochemiker und Nobelpreisträger Christian de Duve postulierte? Wenn dieser Lebensfunke bereits mit dem Urknall entstand, dürfte das Universum allerorten von Aliens bevölkert sein.

Gegenwärtig mühen sich die Biologen, alle Lebensvorgänge einer Zelle, ihre Wechselwirkungen mit dem Gesamtorganismus und mit der Umwelt vollständig zu erfassen. Doch ist das überhaupt möglich? Und wenn ja, kann man diese Daten auch zu einer Simulation des Lebens zusammensetzen, wie es etwa dem US-Biologen Leroy Hood vorschwebt? Man könne Leben verstehen wie ein Radio: indem man erst dessen Einzelteile untersucht und dann herausfindet, wie sie zusammenarbeiten.

Die Forscher hoffen auf eine epochale Erleuchtung

Hood ist einer der brillantesten Köpfe der Biowissenschaften, Vordenker der neuen Disziplin der Systembiologie. Die Revolution der Genomforschung habe nicht nur die biologische Arbeit selbst dramatisch verändert, erklärte er schon Ende 2008 bei einer Tagung in Heidelberg, »sie wird unser Verständnis von Biologie umstürzen«.

Tatsächlich spürt man in der Forscherszene die Ahnung einer epochalen Erleuchtung; als sei ein Einstein der Biologie auf dem Weg, mit einer Relativitätstheorie des Lebens der Forschung wie der Philosophie neue Dimensionen zu eröffnen. So eine Gestalt hat es in der Geschichte der Biologie bisher nur einmal gegeben. Mit Charles Darwin begann eine gewaltige Umwälzung – seine Einsicht war der erste bedeutende Einbruch analytischen Denkens in eine bis dahin nur beschreibende Disziplin. Doch die Evolutionstheorie erklärt nur die Vielfalt des Lebens, nicht aber das Leben selbst.

Schon vor Venters Experimenten hatten Theoretiker eine radikal neue Sichtweise auf das Mysterium formuliert. »Leben«, sagt Leroy Hood, »ist Information.« Ähnlich wie Darwin auf seinen Expeditionen in die Natur suchen heutige Forscher im Erbgut nach der Lösung des Lebensrätsels. So wie Darwin Tiere und Pflanzen sammelte und verglich, suchen sie bei der Durchleuchtung der Geninformationen von Lebewesen nach zentralen Mustern. Derzeit wird das Erbgut von 1000 Menschen entziffert, bald sollen die Erbdaten von 10.000 Wirbeltierarten decodiert werden. Mit den Ergebnissen solcher und weiterer Projekte ließe sich sogar die Evolution des Lebenscodes bis weit in die Urgeschichte des Planeten rekonstruieren.

Die Decodierung liefert gewaltige Datenmengen – und die Biologie durchlebt dabei die nächste Transformation: Sie wird zu einer Informationswissenschaft. Nur noch spezielle Algorithmen auf Großrechnern können die Datenflut bewältigen und scheinen die irritierende Erkenntnis immer wieder zu bestätigen: Leben ist tatsächlich Information – und sonst gar nichts.

Auch Venters Informationstransplantationsexperiment scheint diese These zu bestätigen. Doch was bedeutet das? Welches noch unerkannte Gesetz steckt in den Datenmassen, die die Sequencer ausspucken? Mit der Antwort auf diese Frage gewänne der Mensch umfassende Schöpfungsgewalt: Das Machbare wäre, wie Venter sagt, »nur noch durch unsere Vorstellungskraft begrenzt«.

Es ist paradox. Während die Datenbanken exponentiell anwachsen, obwohl aufregende neue Werkzeuge greifbar werden, mangelt es am Wesentlichen – an der Vorstellung vom eigenen Forschungsgegenstand. Derzeit seien die Verständnislücken der Biologie beklagenswert, sagte der Genetiker Leonid Kruglyak von der Universität Princeton kürzlich im Fachblatt Nature: Man stelle sich vor, Physiker hätten den Teilchenbeschleuniger LHC in Genf gebaut, ohne die Gesetze der Quantenmechanik und die Relativitätstheorie zu kennen. »Die würden all diese Elementarteilchen in ihren Detektoren sehen, hätten aber keine Ahnung, was sie davon halten sollen. Denn die Ausschläge der Messgeräte würden durch Prozesse hervorgerufen, die man nicht im Mindesten verstünde.«

Das Gefühl, in einer Sackgasse zu stecken, treibt die Forscher zur Verzweiflung. »Wir haben uns vorgegaukelt, das Genom sei eine transparente Blaupause des Lebens«, klagt der Zellbiologe Mel Greaves vom britischen Institute of Cancer Research. »Aber das ist es nicht.« Inzwischen erscheint das Genom eher wie ein waberndes Kontinuum denn wie ein lineares Buch. In ihm stecken nicht nur die Bauanleitungen der Körpereiweiße. Der Quellcode des Lebens hat viele Kommandohierarchien, steckt voller sich ständig wandelnder Steuersätze. Ein ordnendes Prinzip ist bislang nicht erkennbar. Ungeahnt komplex erscheint auch die zelluläre Mechanik, welche die Kommandos ausführt. Proteine, Signal- und Botenstoffe – schon die Kommunikationssysteme einer Zelle scheinen wie in einem undurchdringlichen Netz miteinander verwoben.

Je weiter die Forscher in das Innere des Organischen vordringen, desto mehr Ebenen der Komplexität tun sich ihnen auf. »Es ist, als ob wir auf einen Berg steigen, der beständig wächst«, sagt die Biologin Jennifer Doudna von der University of California in Berkeley. »Je mehr wir wissen, desto mehr erkennen wir, was wir nicht verstehen.« Kann man da erwarten, alles in diesem expandierenden Universum des Lebens irgendwann zu verstehen?

Craig Venter mag Schöpfungsfantasien hegen, wahr gemacht hat er sie nicht

Unter Experten lässt sich daher trefflich darüber streiten, wie viel künstliches Leben Venters Forschertruppe tatsächlich erzeugt hat. Denn die wirkliche Neuschöpfung einer Kreatur, wie sie zuvor auf der Erde noch nie existierte, liegt noch weit jenseits der technischen Möglichkeiten der Labors. Bislang haben Venter und sein Team eher eine Kopie dessen geliefert, was die Natur erfand.

J. Craig Venter mag Schöpfungsfantasien hegen, wahr gemacht hat er sie noch lange nicht. Venter habe kein neues Leben erfunden, urteilt der Nobelpreisträger David Baltimore, »er hat es nachgemacht«. Bislang ist Homo Faber nur ein Homo Plagiator und das Leben noch ein Geheimnis.

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