Harnstoff ist keine sonderlich spannende Substanz. Aber als Friedrich Wöhler 1828 in Berlin den farblosen, geruchlosen Stoff im Reagenzglas herstellte, war das eine Sensation. Denn bis dahin wurde Harnstoff nur von Leber und Niere hergestellt. Chemiker glaubten an eine klare Trennung von lebender und toter Materie. Den "lebendigen" organischen Harnstoff aus den toten Substanzen Kaliumcyanat und Ammoniumsulfat herzustellen, wie Wöhler das tat, galt als unmöglich.

Nach Wöhler begannen Forscher zahlreiche organische Moleküle in Kolben und Gläsern zu synthetisieren. 1854 stellte der Franzose Marcellin Berthelot aus Gylcerol und Stearinsäure das natürlich vorkommende Fett Tristearin her und er ging noch einen Schritt weiter: Indem er andere Fettsäuren nutzte, die in natürlichen Fetten nicht vorkamen, konnte er ganz neue Substanzen herstellen, die den natürlichen Fetten ähnelten, so aber nicht in der Natur vorkamen.

Wendell Lim von der Universität von Kalifornien in San Francisco erinnert gern an diese Anfänge der organischen Chemie. Deren Produkte sind heute allgegenwärtig. Lim glaubt, der Biologie stehe eine ganz ähnliche Entwicklung bevor. "In den nächsten Jahrzehnten werden wir in der Biologie vermutlich eine vergleichbare Revolution sehen", sagt Lim. Tatsächlich macht die Synthetische Biologie es schon jetzt möglich, manche Chemikalien in Mikroorganismen herzustellen. Auch hier sind die ersten Erfolge die des Kopierens.

Im kleinen kalifornischen Ort Emeryville, nicht weit von den Animationsstudios von Pixar entfernt, erhebt sich eine lange Glasfassade an der Straße. Hier sitzt das Unternehmen Amyris. Für das junge Feld der Synthetischen Biologie ist es die Vorzeigefirma, die Erfolgsgeschichte, die beweisen soll, was möglich ist.

Der Biologe Jay Keasling, Professor an der Universität Berkeley , gründete die Firma 2003 gemeinsam mit anderen Forschern. Ihre Idee: Das Malaria-Medikament Artemisinin von Hefezellen herstellen zu lassen. Bisher muss die Substanz mühsam aus Pflanzen gewonnen werden. Aus einem Kilogramm getrockneten Blättern des einjährigen Beifuß lassen sich etwa acht Gramm Artemisinin gewinnen.

Die Gates-Stiftung unterstützte das Start-Up-Unternehmen mit mehr als 40 Millionen US-Dollar. Der Einfluss könnte enorm sein: Mehr als eine Million Menschen sterben jedes Jahr an Malaria und immer mehr Erreger sind gegen viele Medikamente resistent. Weil Artemisinin auch gegen diese lästigen Einzeller wirksam ist, hat die Weltgesundheitsorganisation es 2000 zur ersten Verteidigungslinie gegen die Krankheit erhoben. Weil es aber 14 Monate vom Samen der Pflanze zum fertigen Medikament dauert, kommt es immer wieder zu Schwankungen in der Verfügbarkeit – und im Preis.

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Nun haben die Forscher von Amyris die entscheidenden Gene aus der Pflanze in Hefezellen kopiert und die Zellen so zu kleinen Artemisininfabriken umfunktioniert. Aber auch das Kopieren ist keineswegs einfach. "Es ging nicht einfach darum, eine Zelle dazu zu bringen, ein Gen häufiger abzulesen. Wir haben einen kompletten Produktionsweg in diese Zellen eingefügt", sagt Neil Renninger, einer der Gründer des Unternehmens. Tatsächlich sind die Hefen wie eine Produktionsstraße immer weiter optimiert worden. Im Grunde sind Zellen voll mit solchen Produktionsstraßen: Die Gene im Zellkern sind Bauanleitungen für Eiweiße und jedes Eiweiß macht in der Zelle einen bestimmten Handlungsschritt wie ein Arbeiter am Fließband, verwandelt ein Molekül in ein anderes.

Zunächst mussten die neuen Gene eingefügt werden, sodass die Zelle überhaupt die gewünschte Artemisinsäure (Vorläufer des Artemisinins) herstellt. "Dann mussten wir andere Gene so verändern, dass die Zelle alle nicht lebensnotwendigen Ressourcen in die Produktion dieser Chemikalie steckt", erklärt Renninger. Gene wurden verstärkt oder gleich verdoppelt, Seitenzweige wurden gekappt und die Aktivität der einzelnen Eiweiße so auf einander abgestimmt, dass es zwischendurch nicht zu einem Stau kommt. Denn würde sich ein Zwischenprodukt ansammeln, könnte das giftig für die Zelle sein oder die Produktion durcheinander wirbeln. "Das Ergebnis ist eine Zelle, die auf genau eine Sache getrimmt ist: Artemisininsäure herzustellen."