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Lego des Lebens

Von Josephina Maier

Forscher versuchen, neuartige Organismen aus standardisierten Bausteinen zu erschaffen. Ist diese "Synthetische Biologie" Anlass zur Sorge?

Lego des Lebens© Raia - Fotolia.com
»Bitte schreiben Sie nicht, dass wir eine Frankenstein-Mikrobe erschaffen«, sagt Nediljko Budisa. Er lehnt an der Kantinentheke und wartet auf seinen Kaffee. Bevor er von seiner Arbeit am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried bei München erzählt, muss er noch eine gehörige Portion Skepsis gegenüber der Reporterin loswerden. Seit ein Journalist nach einem Gespräch mit ihm seinen Artikel mit "Frankensteins Zeit ist gekommen überschrieb", ist der Kroate vorsichtig geworden, wenn es um sein Forschungsgebiet geht.

Allerdings ist es kein Wunder, dass seine Arbeit bei manchen Assoziationen zum Horrorgenre weckt. Denn Nediljko Budisa will tatsächlich eine neue Form von Leben erschaffen. In seinem Labor lässt er Mikroben künstliche Proteine erzeugen, Eiweißverbindungen, die von der Natur nicht vorgesehen sind. Am Ende, sagt er, werde eine »neue Chemie des Lebens« stehen. Synthetische Biologie nennt sich Budisas Fachrichtung. Noch hat der Begriff nur für Experten eine Bedeutung. Bald aber könnte er zu einem Schlagwort werden, das für Hoffnungen und Ängste steht, für Neugier, Geld und Bedenken. Wie ernst die deutschen Forschungsorganisationen die aufstrebende Disziplin nehmen, machten sie am vergangenen Montag in Berlin deutlich: Die Präsidenten der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften (acatech), der Deutschen Akademie der Naturforscher (Leopoldina) sowie des Robert-Koch-Instituts (RKI) präsentierten eine Stellungnahme zu den Chancen und Risiken der Synthetischen Biologie. So früh haben sich die Forschungsorganisationen selten zu einem neuen Wissenschaftsgebiet geäußert.

Die DFG-Programmdirektorin Ingrid Ohlert sagt, man wolle verhindern, dass »in der Öffentlichkeit Ängste geweckt werden, die nicht in der Sache begründet sind«.

Dabei läuft sie jedoch Gefahr, mit solchen Äußerungen das genaue Gegenteil zu bewirken. Was treibt die Leiter deutscher Forschungsförderung dazu, zu einem so frühen Zeitpunkt mögliche Risiken des Fachs zu benennen, das sich an der Schnittstelle von Molekularbiologie, Ingenieurwissenschaften und Chemie entwickelt? Was Biologen der neuen Fachrichtung tun, verrät ein Blick auf die Internetseite Parts Registry, die von Forschern am Massachusetts Institute of Technology (MIT) betrieben wird. Vieles auf der Seite erinnert an die Lego-Kiste der Kindheit, und tatsächlich ähnelt die Synthetische Biologie in ihrem Ablauf dem Konstruieren von Lego-Bauten.

Drei wichtige Schritte lassen sich unterscheiden.
1. Sammeln. Schon heute listet die MIT-Seite mehr als 3000 biologische Bausteine auf, sogenannte Biobricks. Das sind standardisierte Genfragmente, die sich beliebig miteinander kombinieren lassen. Der Katalog gibt dem Forscher einen Überblick darüber, welche Erbgutschnipsel mit welchen Eigenschaften ihm als Bausteine zur Verfügung stehen.
2. Auswählen. »Man überlegt sich als Erstes, welche Eigenschaft man in seiner Zelle hervorrufen will«, erklärt Wilfried Weber, der gerade von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) an die Universität Freiburg gewechselt ist. »Dann sucht man sich die nötigen Genbausteine in der Datenbank zusammen. Die Teile kann man direkt am MIT oder bei einem Unternehmen bestellen, und die schicken sie einem ins Labor.« Alle diese Sequenzen wurden ursprünglich in Tieren, Pflanzen oder Einzellern entdeckt. Als Bausteine synthetisiert man sie aber neu, baut sie also in großen Mengen nach. Längst haben sich auch deutsche Firmen darauf spezialisiert, etwa Geneart in Regensburg oder Sloning in München.

Lego des Lebens
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3. Bauen. Im Labor werden die DNA-Fragmente in das Erbgut von Wirtszellen eingebaut. So bastelte sich der US-Amerikaner Jay Keasling einen Organismus, der den Malariawirkstoff Artemisinin erzeugt. Er kombinierte Gensequenzen aus dem Unkraut Beifuß, einer Hefe-Art sowie dem Bakterium Staphylococcus aureus, um dem Darmbakterium Escherichia coli einen völlig neuen Stoffwechselweg aufzuzwingen (siehe Grafik). Keaslings Arbeit gilt als Vorzeigeprojekt der Synthetischen Biologie.
Denn bisher musste Artemisinin mühsam und entsprechend teuer aus Beifuß isoliert werden. Nun erzeugen die Darmbakterien es als Abfallprodukt ihrer Verdauung, sobald man sie mit Zucker füttert. Im nächsten Jahr will der Pharmakonzern Sanofi Aventis das künstliche Artemisinin auf den Markt bringen. Immerhin ein greifbares Resultat.

Ganz ähnlich sollen Mikroben mit synthetischen Bausteinen im Erbgut schwer zersetzbares Holz oder Stroh effizient in Treibstoff umwandeln. Gleich mehrere Forschergruppen suchen nach dem richtigen Bauplan für einen Stoffwechsel, der umweltfreundlichen Biosprit ausscheidet. Solche Projekte verschaffen der Synthetischen Biologie ihren Ruf als Zukunftstechnologie.

»Wenn ein neues Forschungsfeld Lösungen für die großen Probleme der Menschheit verspricht, sorgt das immer für Aufmerksamkeit«, sagt Wilfried Weber, »egal, ob es dabei um Krebstherapien, neue Medikamente oder regenerative Energien geht.« Sein ehemaliger Arbeitgeber, die ETH, hat in Basel gerade ein neues Zentrum für Synthetische Biologie eröffnet. Sobald die Finanzierung steht, will in Deutschland auch die Max-Planck-Gesellschaft ein eigenes Institut gründen.

So raffiniert die Methoden von Keasling und seinen Kollegen auch sein mögen, mit der Frankenstein- Vision haben sie wenig zu tun. Das diffuse Unbehagen, das manche verspüren, wird von einer anderen Option der Synthetischen Biologie genährt: der Möglichkeit, nicht nur existierende Lebewesen zu manipulieren, sondern völlig neues Leben zu erschaffen, unbelebte Materie zum Leben zu erwecken.

Einer, der diesen uralten Traum von Spinnern, Literaten und Forschern seit Jahren zu verwirklichen versucht, ist der Gentechnikpionier Craig Venter. Bis jetzt hat der 62-Jährige sein Ziel noch nicht erreicht. Er synthetisierte im Jahr 2007 zwar ein künstliches Bakteriengenom, konnte damit aber noch keiner Zellhülle Leben einhauchen. Für diesen Schritt müsste er erst eine grundlegende Frage der Synthetischen Biologie beantworten: Was ist die Mindestausstattung für das Leben?
Welche Gene braucht es also, um die Grundfunktionen einer Zelle zum Laufen zu bringen? Die Antwort darauf würde auch Venters Kollegen interessieren, die sich damit begnügen, vorhandene Organismen zu Biofabriken um zufunk tio nieren. Denn die Mikroben, die sie als Ausgangsmaterial verwenden, hat die Evolution nicht auf die effiziente Produktion einer einzigen Substanz hin optimiert. In Einzellern wie Escherichia coli laufen viele Stoffwechselvorgänge ab, die den Forschern nichts nützen, aber jede Menge Energie verbrauchen. Ein »Minimalorganismus« wäre eine elegante Lösung für dieses Problem. Sein synthetisches Erbgut würde nur die nötigsten Genbausteine enthalten, um eine Produktionsmaschinerie ohne überflüssiges Beiwerk in Gang zu bringen - effizienter als jede von Menschen erbaute Anlage, spezialisierter als jeder von der Natur hervorgebrachte Organismus.

Nediljko Budisa demonstriert seinen Fortschritt auf dem Weg zur Designermikrobe in seiner Dunkelkammer mit drei durchsichtigen Plastikröhrchen, die mit einer grünen Flüssigkeit gefüllt sind. »Machen Sie bitte das Licht aus, und schauen Sie dann mal her.« Budisa hält die Röhrchen über ein violett schimmerndes Feld, und die Flüssigkeit darin beginnt zu fluoreszieren: Links leuchtet sie neongrün, in der Mitte eher bläulich und rechts goldgelb. Für die Entdeckung des grün fluoreszierenden Proteins im linken Röhrchen hat der Japaner Osamu Shimomura im vergangenen Jahr den Nobelpreis erhalten. Er hat es aus einer Qualle isoliert, gleichsam der Natur die Anleitung gemopst. Das blau schimmernde Protein in der Mitte ist eine Abwandlung davon. Das goldene aber dürfte es gar nicht geben. Genau deshalb ist Budisa so stolz darauf. Zwar besteht es wie die beiden anderen aus einer gefalteten Kette von Aminosäuren (Eiweißbausteinen) - in seiner Abfolge steckt aber ein Kettenglied, das in keinem anderen Protein auf Erden zu finden ist.

Budisa hat die Aminosäure Tyrosin im grün fluoreszierenden Protein durch einen künstlichen Baustein ersetzt, der in der Natur so nicht vorkommt. Das synthetische Kettenglied sorgt für den goldenen Farbschimmer unter UV-Licht und beweist, dass der Mensch nicht nur natürliche Funktionen nachahmen oder verstärken, sondern auch völlig neue erzeugen kann. Auf dem Reißbrett entworfene Stoffwechselwege und maßgeschneiderte Proteine, hergestellt von künstlichen Zellen - sieht so die Zukunft der Synthetischen Biologie aus? Möglicherweise ja, allerdings liegt diese Zukunft noch in weiter Ferne. »Auf die Schnelle werden wir im Labor keinen neuen Organismus herstellen«, sagt der RKI-Präsident Jörg Hacker. Doch wenn solche Szenarien noch in weiter Ferne liegen - welchen Sorgen wollten DFG, acatech und Leopoldina dann mit ihrer frühen Stellungnahme entgegenwirken?

Im Jahr 2006 bestellte ein Reporter der britischen Tageszeitung The Guardian bei einem Biotech-Unternehmen ein Erbgutfragment des Pocken virus - und bekam es postwendend zugeschickt. Die Pocken sind laut Weltgesundheitsorganisation seit dem Jahr 1980 ausgerottet, der Bauplan ihres Erregers ist jedoch bekannt. Obwohl mit einem solchen Bruchstück des Erbguts nicht viel Schaden angerichtet werden könnte, befeuerte die Guardian-Titelgeschichte die Sorge, Bioterroristen könnten sich die Methoden der Synthetischen Biologie zunutze machen - und in Kellerlabors an Killerkeimen basteln. Die Pockenstory sei auch heute noch »ein Skandal«, sagt Ralf Wagner, Chef des Regensburger Biotech-Unternehmens Geneart. In Deutschland verhindere ein enges Regelwerk, dass Privatpersonen sich potenziell gefährliche Gensequenzen beschafften. »Das Gentechnikgesetz greift eigentlich in allen wesentlichen Bereichen der Synthetischen Biologie«, sagt auch Jörg Hacker. »Aus dem neuen Forschungsfeld ergibt sich keine Gefahr für Bioterrorismus, die es nicht schon vorher gegeben hätte.« Keine neuen Gefahren, das klingt für besorgte Laien allerdings wie eine Entwarnung zweiter Klasse.
Die Synthetische Biologie hat vieles mit der Gentechnik gemeinsam - regulativ, inhaltlich, vom Verfahren her. Wenn die DFG-Programmdirektorin Ingrid Ohlert von unbegründeten Ängsten spricht, dann spielt sie sicherlich auch auf das schlechte Image der grünen Gentechnik insbesondere in Deutschland an. Vom Genmais zur Frankenstein-Zelle? Zu den schon aus der Gentechnikdiskussion bekannten Vorbehalten gehört etwa die Furcht, ein künstlicher Organismus könne aus dem Labor entweichen. Wenigstens in dieser Hinsicht bietet die Synthetische Biologie sogar weniger Anlass zur Sorge. Denn Designermikroben sind auf das Leben im Labor getrimmt, ohne synthetische Aminosäuren oder spezielle Nährstoffe können sie in der freien Natur nicht überleben. »Einige der in der Synthetischen Biologie verwendeten Ansätze tragen sogar zu einer Erhöhung der biologischen Sicherheit im Umgang mit genetisch modifizierten Organismen bei«, schreiben DFG, acatech und Leopoldina in ihrer Stellungnahme. Das beruhigte offenbar auch den Deutschen Ethikrat: Nach längerer Diskussion beschloss er bereits im April, das Thema der Synthetischen Biologie vorerst nicht in sein Arbeitsprogramm aufzunehmen.

Das Forschen an der Grenzlinie zwischen Natürlichem und Menschgemachtem wirft dagegen eine andere Frage auf: Wer besitzt die Rechte an den genetischen Bausteinen? Auf viele Biobricks, die aus natürlichen Organismen abgeschaut wurden, sind schon jetzt Patente angemeldet. »Ohne diese Absicherung investieren Unternehmen keine halbe Milliarde in die Entwicklung eines Medikaments«, sagt Wilfried Weber von der Universität Freiburg. »Solange die Biobricks für die Wissenschaft frei bleiben, lässt sich dagegen nicht viel einwenden. « Bei Skeptikern weckt die Tatsache, dass Firmen wie Sanofi Aventis und der Energieriese BP Millionen in die Synthetische Biologie investieren, allerdings Assoziationen mit dem Monopol des US-amerikanischen Gensaatgut-Konzerns Monsanto.

Um sich zumindest in der Forschung ihre Unabhängigkeit zu bewahren, wollen die europäischen Wissenschaftler ihre biologischen Bausteine so bald wie möglich aus einer eigenen Biobricks- Datenbank beziehen. Damit die Genfragmente auf der ganzen Welt kompatibel sind, müsste sich die Forscherszene aber auf gemeinsame Standards einigen. »Wenn kein Wildwuchs entstehen soll, muss die Standardisierung in den nächsten zwei Jahren in Angriff genommen werden«, sagt Sibylle Gaisser vom Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung. Sie hat im Auftrag der Europäischen Union einen Fahrplan für das aufstrebende Forschungsfeld entwickelt. Außer von der Biobricks-Standardisierung und der Patentfrage ist auch in ihrem Plan von einem »konstruktiven Dialog mit der Öffentlichkeit« die Rede. Letztlich geht es darum, die Menschen vom Nutzen der neuen Methoden zu überzeugen - wie es etwa mit der roten Gentechnik gelungen ist. Über die biotechnische Herstellung von Medikamenten wie Insulin regt sich heutzutage niemand mehr auf, weil der Nutzen offensichtlich ist.

Um der Angst zu begegnen, dass in seinem Labor Frankenstein-Zellen entstehen könnten, hat sich Nediljko Budisa mit einem Ausschnitt aus der Tageszeitung Boston Herald gewappnet. »Erschaffung von Leben«, liest er vor. »Niedere Tiere auf chemischem Wege erzeugt. Methode könnte auf den Menschen anwendbar sein.« Das Zitat, sagt Budisa, stamme aus dem Jahr 1899.

Aus DIE ZEIT :: 30.07.2009

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