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Neuer Rekord: Forscher erschaffen Designer-Mikrobe mit größtem künstlichem Genom

Das größte künstliche Genom wurde der Kolibakterie geschaffen.
Das größte künstliche Genom wurde der Kolibakterie geschaffen.
Foto: imago images/Science Photo Library
Forschern ist etwas einmaliges gelungen: Die erste neu geschaffene Kolibakterie, die das größte künstliche Genom besitzt. Zu kompliziert? Wir erklären dir, was das bedeutet.

Vier Millionen Basenpaare besitzt das künstliche geschaffene Genom. Forscher haben einer Escherichia coli-Bakterie mit einem synthetischen Erbgut ausgestattet. Die Designer-Mikrobe des Darmkeims unterscheidet sich dadurch von ihrem natürlichen Vorbild in mehr als 18.000 Positionen. Das ist das größte künstliche Genom, das es jemals bei einem Lebewesen gab.

Größtes künstliches Genom: Gentechnik feiert Erfolg

Die Gentechniker träumen davon maßgenschneiderte Lebensformen zu erschaffen. Diesem Ziel kommt die Wissenschaft immer näher. 2010 gelang dem Pionier auf dem Gebiet, Craig Venter, der erste Durchbruch: Er schaffte es, das Erbgut eines Bakteriums künstlich nachzubauen und lebenden Mikroben einzupflanzen, so berichtet Scinexx.

Danach gelang es der Forschung Chromosomen von Hefezellen nachzubauen und einen komplett neuen Entwurf für künstliche Bakterien am Computer zu erstellen.

Größtes synthetisches Erbgut für Kolibakterie

Nun gelang dem Team von Julius Fredens vom Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology in Cambridge ebenfalls ein Durchbruch: Den Escherichia coli-Bakterien, die auch als Kolibakterien in unserem Darm bekannt sind, konnten das größte künstliche Genom mit vier Millionen Basenpaaren eingesetzt werden. Kein Lebewesen zuvor konnte mit einem solch großen synthetischen Erbgut ausgestattet werden.

Der Entwurf für die Bakterien wurde erst einmal am Computer erstellt. Das Ziel für das künstliche Genom war es, dass das Erbgut nicht nur kopiert wird, sondern auch noch mehr Platz für mehr Informationen geschaffen wird. Dabei entfernten sie überflüssige Informationen aus dem Genom der Darmkeime.

Platz für neue Informationen im Erbgut schaffen

Die ursprüngliche Zelle des Kolibakteriums besteht aus 64 unterschiedlichen Dreiercodes. Sie beinhalten die DNA-Basen Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin. Sie werden auch als sogenannte Codons bezeichnet und dienen als Bauanleitung der DNA. Aus ihr werden die Proteinmoleküle zusammengesetzt. Hier entstehen allerdings Doppelungen. Im Fall des Darmkeims stehen sogar sechs Codons für Aminosäure Serin.

Der neue Organismus des Teams um Fredens reduzierte die Anzahl der Dreiercodes von 64 auf 61 Codons. So konnten die drei übrigen Anleitungen für neue Aminosäuren zur Verfügung stehen. Dabei handelt es sich um Stoffe, die seither noch nicht in der Natur existieren.

Die Designer-Mikrobe ist überlebensfähig

Das künstliche Erbgut wurde im Labor nachgebaut und mithilfe der Genschere CRISPR in die Zelle der Mikrobe eingesetzt. E. coli Syn61, wie die Wissenschaftler ihre Bakterie mit künstlichem Genom nannten ist sogar überlebensfähig. 18.000 neue Positionen weist das Erbgut auf. Damit stellt das Forscherteam einen neuen Rekord im Bereich der synthetischen Genetik auf, heißt es von Benjamin Blount und Tom Ellis im Fachmagazin "Nature".

Doch die Konkurrenz schläft nicht: Der aktuelle Rekord könnte bald schon geschlagen werden. Es wird momentan an einem zwölf Millionen Basenpaar Erbgut der Bierhefe Saccharomyces cerevisiae gearbeitet. Außerdem ist ein E. coli-Genom mit 57 Codons geplant.

Die weltweit ersten genetisch optimierten Babys aus China sind da
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Genforschung ständig in der Kritik

Die Forschung im Bereich der künstlichen Genome ist immens wichtig: Durch solche synthetischen Mikroben können beispielsweise Impfstoffe, Medikamente und völlig neue Biomoleküle produziert werden. Trotzdem bleibt die Forschung umstritten, da es sich dabei um einen Eingriff in die Natur und Evolution handelt.

Das größte künstliche Genom für die Designer-Mikrobe ist nicht der einzige Durchbruch in der Genforschung. Mit der Genschere CRISPR wurde unter anderem auch schon ein Gegengift für die tödlichste Qualle gefunden. Andererseits sorgten die Erschaffung der Designer-Babys in China für große Kritik. Die Frage, ob Genmanipulation verbannt werden soll, stand dabei im Raum.

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