Biologische Computer aus der Retorte, synthetisiert durch entsprechend genetisch programmierte Bakterien, sind nicht länger reine Science fiction. Mehrere amerikanische Labors experimentieren derzeit mit Eiweiß-(Protein-)Mole-Science die als binäre Speicherelemente – Grundbausteine eines jeden Computers – dienen könnten. Sollte die Suche einmal eine für diesen Zweck brauchbare Proteinstruktur ergeben, könnten Bakterien dem Chemiker die Synthesearbeit ab- und die Massenproduktion biologischer Computerelemente übernehmen.

Ziel der utopisch anmutenden Forschung ist es, noch kleinere und leistungsfähigere Datenverarbeitungsanlagen zu bauen. So wünscht sich der einschlägig arbeitende Chemieprofessor Mark Ratner von der Northwestern University in Evanston im Staat Illinois, den derzeit „größten Computer in einem Basketball unterzubringen“.

Mit den herkömmlichen Materialien und Fertigungstechniken läßt sind, die elektrischen Schalt- und Speicherelemente auf Siliziumbasis in den vergangenen Jahren immer kleiner geworden. Aber mit Abmessungen um ein Mikron – das ist ein Millionstel Meter – haben sie die untere, technisch noch machbare Größe erreicht. Auf demselben Raum hatten freilich Hunderte von Proteinmolekülen Platz. Und jedes von ihnen könnte die Aufgabe eines Schaltelementes übernehmen.

Baustein eines Bio-Computers wäre ein Riesenmolekül mit „Gedächtnis“, eine chemische Struktur, die zwei unterscheidbare elektrische Zustände annehmen und damit einen binären Wert, nämlich 0 oder 1, darstellen kann. Einen ersten solchen Baustein gibt es bereits: Ratner synthetisierte zusammen mit Philip Seiden vom Watson-Forschungszentrum des Computermammuts IBM ein Molekül, in dem zwei Protonen und zwei Elektronen von einem zum anderen Molekülende wandern können (Protonen sind positiv geladene Atomkernteilchen, Elektronen die negativ geladenen Partikel der Atomhülle). Die resultierende Ladungsverschiebung läßt sich mit Hilfe eines elektrischen Feldes nachweisen.

Für den Bau eines funktionsfähigen Bio-Computers genügt das „Gedächtnis“-Molekül freilich nicht. Nötig sind auch chemische Verbindungen, die wie Dioden arbeiten, also den elektrischen Strom nur in eine Richtung durchlassen. Die Vorstellungen, wie eine solche Molekülstruktur aussehen müßte, sind bereits weit entwickelt: Ein Dioden-Molekül müßte an einem Ende einen Elektronen-Empfänger und am anderen einen Elektronen-„Spender“ besitzen, die beide durch eine nichtleitende Brücke verbunden wären.

Robert Metzger und seine Mitarbeiter von der University of Mississippi arbeiten derzeit an einer solchen molekularen Diode. „Ein schwieriges Stück Chemie“, meint der Chemieprofessor zur selbstgestellten Aufgabe. Das Problem sei, die nichtleitende Brücke einzubauen, bevor der elektronenspendende mit dem -empfangenden Molekülteil reagiert. Die gleiche Nuß versucht auch Forrest Carter vom Forschungslabor der amerikanischen Marine in Washington zu knacken. Er hofft, in ein oder zwei Jahren eine funktionierende Molekül-Diode vorweisen zu können.

Haben Carter und Kollegen erst einmal eine gut funktionierende Struktur gefunden, dann muß das Problem der Massenherstellung gelöst werden. Traditionelle chemische Verfahren wären wahrscheinlich zu kompliziert und zu teuer. Der Gedanke an die Gentechnik liegt deshalb nache: Bakterien können prinzipiell genetisch so umfunktioniert werden, daß sie jede gewünschte Eiweißverbindung herstellen – egal, ob Insulin oder eben „Protein-Dioden“ (siehe nebenstehenden Bericht).