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Von Horst Ibelgaufts

Das Gerät ist etwa so groß wie ein Kühlschrank und genauso unscheinbar. Es steht seit Anfang Mai in einem Kellerlabor des Instituts für Biochemie der Universität München. Dennoch zählt der Apparat nicht zur labortechnischen Dutzendware: Es handelt sich um die erste Gen-Maschine ihrer Art in Europa.

Vollautomatisch spuckt das offiziell "Synthese-Automat" genannte Gerät gleich milligrammweise besonders begehrte Biomoleküle aus: je nach eingegebenem Programm beliebig zusammengehäkelte Desoxyribonucleinsäure – also die (international so abgekürzte) Erbsubstanz DNA.

Die maschinelle Produktion vorerst freilich nur kürzer DNA-Sequenzen wurde im Zug der molekulargenetischen Revolution so schnell möglich, weil die Natur bei der Speicherung von Erbinformationen in der DNA mit nur vier Buchstaben auskommt: Die exakte Abfolge von vier verschiedenen DNA-Bausteinen, Nucleotide genannt, bestimmt die genetische Botschaft aller Lebewesen der Erde. Und die Gen-Maschine vermag, schneller als jeder Biochemiker von Hand, Nucleotide nach Wunsch zu DNA-Ketten zu verknüpfen – schnell, präzise, über Nacht (siehe auch ZEIT-Dossier Nr. 35/1981, Seite 10).

Für Laien mag dies fast wie eine Materialisation faustischer Träume klingen. Doch die Vorstellung vom Leben aus dem Automaten ist "natürlich Blödsinn", wie Diplom-Chemiker Thomas Dörper meint. Der Betreuer der Gen-Maschine weiß: "Reinste Chemikalien kommen in die Maschine hinein und ein rein chemisches Kunstprodukt kommt irgendwann wieder heraus. Chemisch gesehen ist das zwar DNA, aber biologisch gesehen ist das Produkt absolut tot."

Das DNA-Molekül gleicht in seinem Aufbau, stark vereinfacht gesehen, einer Strickleiter. Dörper: "Von diesem Strickleitermolekül stellen wir sozusagen nur die eine Hälfte her. Bis die Molekularbiologen im Haus aus dem, was wir ihnen liefern, ein biologisch aktives Gen oder Genstücke machen, fließt noch viel Wasser; die Isar hinunter. Genaugenommen ist das Gerät tatsächlich nur ein Synthese-Idiot und genauso sinnlos oder nützlich wie alle anderen Laborgeräte, die einem Arbeit abnehmen. Das Synthetisieren von DNA ist eine stumpfsinnige Fließbandarbeit. Das Maschinchen spart halt Zeit."

Im wesentlichen ist dies sicher richtig, wenn auch stark untertrieben. Erst Anfang der siebziger Jahre gelang dem indisch-amerikanischen Forscher und Nobelpreisträger Har Gobind Khorana als erstem die chemische Totalsynthese eines vollständigen Gens. Was Khorana, der freilich zunächst die nötige chemische Verfahrenstechnik weitgehend entwickeln mußte, zusammen mit seiner über zwanzigköpfigen Arbeitsgruppe in mehrjähriger mühsamer Sisyphusarbeit zusammenbraute, leistet der Automat heute in knapp anderthalb Tagen. Etwa 18 Minuten benötigt die Gen-Maschine, um die wachsenden Biomolekülketten nach Wunsch um jeweils ein Glied zu verlängern – und zwar reproduzierbar und mit hohen Ausbeuten.

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Theoretisch bräuchte der Automat aber immer noch runde 137 Jahre, um in immerwährender Tag-und-Nacht-Schicht auch nur das Erbmaterial eines einzigen Bakteriums vollständig chemisch nachzubauen (das lebende Bakterium verdoppelt sein Erbmaterial mühelos in knapp zwanzig Minuten). Für die gesamte Erbinformation des Menschen wären gar satte 100 000 Jahre nötig. Solche Arbeiten könnte nicht einmal eine ganze Batterie gleichartiger Geräte schaffen. Sie wären zudem auch sinnlos.

"Chemisch synthetisierte Gene oder zumindest Bruchstücke davon", erklärt Professor Ernst-Ludwig Winnacker, Direktor des Münchner Instituts, "spielen heute in der Gentechnologie und in der Molekularbiologie eine immer größere Rolle, Erst die Röntgenstrukturanalyse chemisch synthetisierter, definierter kurzer DNA-Stücke hat beispielsweise neben den erwarteten zwei DNA-Formen eine bisher unbekannte und gänzlich unerwartete Form, die sogenannte Z-DNA, erbracht, die biologisch von einiger Bedeutung zu sein verspricht" (siehe ZEIT Nr. 18/1983).

Winnackers Institut will das Gerät zur Synthese von Gen-Bruchstücken für die Grundlagenforschung einsetzen sowie damit kleinere Gene produzieren, in denen die Information für medizinisch wichtige Eiweißmoleküle gespeichert ist. Winnacker: "Denken Sie beispielsweise an Insulin oder Hypophysenhormone. Eine chemische Synthese ist in vielen Fällen nicht nur sehr viel leichter, als mühsam Gene aus dem fast unübersehbaren Gen-Gemisch im Erbmaterial herauszufischen, sondern oft auch der einzig gangbare Weg. Synthetische Gene bieten sich an, wenn es gilt, am isolierten Erbmaterial herumzumanipulieren, um zu sehen, wie sich Gen-Veränderungen auf die biologische Aktivität des Genprodukts auswirken. In natura ist dies nicht möglich, da wir Gentechniker ja nur mit dem arbeiten können, was die Natur uns freiwillig liefert."

Es geht also um die Erforschung von Molekularstruktur und biologischer Wirkung. "Schon jetzt bahnt sich eine ganz neue Entwicklung in der molekularen Biologie an, die sogenannte synthetische Biologie", fährt Winnacker fort. "Man kann beispielsweise gezielt gänzlich neue Insulin-Gene synthetisieren. Diese Gene erzeugen Insulin-Varianten, von denen möglicherweise einige sogar klinisch relevant sind, weil sie zwar noch Insulinwirkung zeigen, ansonsten aber ganz andere physikalische und biochemische Eigenschaften als das natürliche Insulin aufweisen."

Arbeitslos oder gar vollständig ersetzt werden die Münchener Chemiker durch den Syntheseapparat sicher nicht. Sie haben den Kopf frei für andere Forschungsaufgaben und sind zudem damit beschäftigt, die Grundchemikalien zu synthetisieren, die der Apparat verbraucht. Viele davon sind nämlich nicht Käuflich erhältlich oder viel zu teuer.

Die elektronische Gen-Maschine bringt sogar den Kollegen der DNA-Chemiker Spaß. Wenn sie die Gen-Maschinisten in der Mensa treffen, dann wird schon einmal gefrotzelt: "Na, seid ihr schon wieder am Synthetisieren?"