Synthetische Biologie Wie Forscher eine genetische Firewall errichten

Mikrobiologen programmieren das Erbgut radikal um. Die Zellen, die sie im Labor erschaffen, nutzen eine Programmiersprache, die selbst Viren nicht verstehen.

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"Escherichia Coli"-Bakterien im Elektronenmikroskop

Es war das winzigste Rätsel der Welt. Im Sommer 2010 trat Craig Venter, Forscher, Unternehmer, Wunderkind und Enfant terrible der Molekularbiologie, vor die Presse und präsentierte ein Bakterium, dessen Erbgut künstlich hergestellt wurde. In den mehr als eine Million Basen, den Buchstaben des Genoms, war nicht nur die Identität des Bakteriums codiert. Venter hatte in dem DNS-Faden, 50.000 Mal dünner als ein menschliches Haar, auch ein paar verschlüsselte Botschaften untergebracht. Unter anderem versteckte sich dort der Satz: "Was ich nicht erschaffen kann, das kann ich auch nicht verstehen."

Der Spruch stammt vom Physiker Richard Feynman und er begegnet einem im Feld der Synthetischen Biologie immer wieder. Denn es ist der Anspruch dieser Forscher, das Leben nicht einfach zu beobachten und zu beschreiben, sondern es nachzubauen, zu erschaffen. Venter meint, genau das geschafft zu haben: Mit einem Team von Wissenschaftlern hatte er das Erbgut des Bakteriums Mycoplasma mycoides am Computer bearbeitet , die Sequenz aus den vier Bausteinen unseres Erbguts nachgebaut und dann in eine lebende Zelle des Bakteriums Mycoplasma capricolum verpflanzt. Das Bakterium beugte sich dem Gen-Diktat und verwandelte sich in die verwandte Art. "Die erste Zelle, deren Eltern ein Computer war", verkündete Venter stolz.

Das Experiment war eine technische Meisterleistung. Kurze Schnipsel DNS können heute zahlreiche Firmen für wenige Dollar liefern. Aber das Zusammensetzen derart langer Genome ist immer noch enorm aufwendig und teuer: Venters Prestigeprojekt kostete 40 Millionen Dollar und beschäftigte die Forscher über Jahre. Aber der Keimschleim in der Petrischale ist noch kein künstliches Leben. Und bis auf vier Stellen, an denen Venters Forscher ihre Namen und einige Zitate in dem Erbgut untergebracht haben, entspricht die Sequenz ihrem Vorbild aus der Natur.

"Im Grunde hat er das Erbgut nur kopiert", sagt der Genetiker George Church in seinem lichtdurchfluteten Büro in Boston. Er sieht aus wie ein netter Onkel: Graue Haare, weißer Vollbart, verständnisvolle Augen. Aber der Harvard-Professor ist seit 30 Jahren bei jeder technologischen Revolution in der Genetik ganz vorne mit dabei gewesen. "Venters Experiment war technisch interessant, aber es hat unser Verständnis kein bisschen weitergebracht", sagt er. "Es war einfach nicht radikal genug." Wo Venter kopiert hat, was bereits vorhanden war, möchten Church und andere das Erbgut grundlegend umschreiben. Sie möchten die Sprache des Lebens so verändern, dass andere Lebewesen sie nicht mehr verstehen.

Einen Grundsatz der modernen Biologie hat Venters Experiment eindrücklich vorgeführt: Das Erbgut ist nichts anderes als ein Programm, das die Zelle ausführt. Der Schlüssel zum Verständnis dieses Programms ist der genetische Code, die einzige universelle Sprache des Lebens auf unserem Planeten. Er bestimmt, wie die Basen A(denin) , C(ytosin) , G(uanin) und T(hymin) eines Erbguts in Eiweiße übersetzt werden, jene kleinen Arbeitsmoleküle, die es der Zelle erlauben, zu wachsen, sich zu bewegen, Signale zu verarbeiten, kurz: zu leben. 

Je drei Basen stehen für eine Aminosäure. Biologen nennen diese Dreierpaare Codons. Es gibt allerdings nur 64 mögliche Codons und nur 20 Aminosäuren. Die meisten Aminosäuren haben also mehrere Codons. CGU , CGC , CGG und CGA etwa codieren alle vier für die Aminosäure Arginin . Diese Dopplung wollen Forscher wie Church nutzen: "Theoretisch ist es möglich, alle CGUs im Erbgut eines Lebewesens durch CGCs zu ersetzen. Die Eiweiße würden immer noch richtig gebaut. Aber CGU würde nicht mehr gebraucht", sagt er. Die Forscher könnten dann die Moleküle, die CGUs erkennen und in Arginin übersetzen, einfach löschen. Oder sie könnten die freien Stellen im genetischen Code mit einer anderen Aminosäure besetzen, die in der Natur gar nicht vorkommt. Das ermöglicht es, chemische Reaktionen ablaufen zulassen, die die Natur nie erfunden hat.