Düsseldorf: US-Forscher schaffen erstes künstliches Chromosom

Düsseldorf : US-Forscher schaffen erstes künstliches Chromosom

Für ihr bahnbrechendes Experiment mit Bierhefe wählten die Gen-Forscher das kleinste Chromosom Nummer III aus.

Die Gentechnik hat einen weiteren Meilenstein erreicht. Forscher an der Universität von New York haben erstmals ein künstliches Chromosom hergestellt und es in ein Lebewesen eingepflanzt. Die Bier- oder Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) akzeptierte das im Labor erzeugte Stück Erbgut problemlos, berichtet Jef Boeke in der Wissenschaftszeitschrift "Science". Sie überlebte den drastischen Eingriff nicht nur, sondern zeigte auch keine Veränderungen. "Unsere Hefezellen unterscheiden sich in ihrem Verhalten nicht von den natürlichen Exemplaren", sagt Boeke.

Chromosomen sind die Strukturen in der Zelle, die die Gene enthalten. Der Mensch besitzt 23 unterschiedlich große Chromosomenpaare, die Bäckerhefe kommt mit 16 aus. Die US-Forscher wählten für ihr bahnbrechendes Experiment eines der kleinsten davon aus: das Chromosom Nummer III. Vor 18 Jahren wurde das Erbgut der Bäckerhefe komplett entschlüsselt, die Wissenschaftler wussten also genau, welchen genetischen Code sie im Labor herstellen mussten.

Allerdings gingen sie einen Schritt weiter als die Natur. Nach einer Computeranalyse verzichteten sie in ihrer Variante auf die Teile der DNA, die sie für überflüssig erachteten. In den Chromosomen reihen sich nämlich nicht nur die lebensnotwendigen Gene aneinander, dazwischen befinden sich lange Abschnitte, die vermutlich keine Funktion besitzen. Manche dieser Stücke ließen die Forscher bei ihrer Synthese einfach weg oder verkürzten sie erheblich. So verlor das Chromosom mehr als zehn Prozent seiner Bausteine. Zudem nahmen sie ein paar kleinere Veränderungen am genetischen Code vor. Entweder, weil das die Herstellung des Chromosoms erleichterte. Oder, weil sie an bestimmten Stellen des Erbguts später Experimente vornehmen wollten. Dadurch änderte sich etwa ein Sechstel der ursprünglich 317 000 Bausteine des Chromosoms III.

Die robuste Bäckerhefe ist ein beliebtes Lebewesen bei Genforschern und mittlerweile auch in der Industrie. Seit vielen Jahren haben sich Methoden etabliert, mit denen im Erbgut der fleißigen Zellen Gene ein- oder ausgeschaltet werden können. Dutzende Gene sind in Hefezellen eingeschleust worden, damit sie als biochemische Fabriken genutzt werden können. Der Organismus wurde in den Dienst der Menschheit gestellt. Gentechnisch veränderte Hefezellen produzieren auf diese Art und Weise Medikamente, Impfstoffe, Enzyme, Spezialchemikalien oder auch Lebensmittelzusatzstoffe im industriellen Maßstab.

Doch die Veränderungen der US-Forscher gehen weit darüber hinaus. Einen so großen Eingriff in den Bauplan der Natur wie dieses komplett synthetische Chromosom hat es bisher noch nicht gegeben. Der Gen-Forscher Craig Venter hat zwar im Jahr 2010 das komplette Erbgut eines Bakteriums im Labor nachgebaut und gegen das Original ausgetauscht, aber er veränderte dabei nicht den genetischen Code. Venter zeigte damals, dass die Methoden der synthetischen Biologie weit genug entwickelt sind, dass sie eine DNA aus Millionen Bausteinen in der korrekten Reihenfolge nachbauen können. Dafür muss auch der Gruppe aus New York großen Respekt gezollt werden.

Jef Boeke wählte einen Weg, der in Deutschland kaum denkbar wäre. Er überließ fortgeschrittenen Studenten, die vor dem Examen standen, die komplexe Synthese der Bausteine des Erbguts. "Sie sollen nicht die Experimente wiederholen, die schon tausendfach gemacht wurden, sondern etwas völlig Neues machen", erläutert Boeke. Die Studenten hätten dadurch mehr gelernt als im normalen Studiengang. Sein Team produzierte erst kleine Einheiten des Chromosoms mit durchschnittlich etwa 700 Bausteinen, die dann stückweise zu größeren Elementen zusammengefügt wurden.

Jef Boeke will nun testen, ob das Verfahren geeignet ist, auch die 15 anderen Chromosome der Hefe herzustellen Bisher hat sein Team nur 2,5 Prozent der gesamten DNA erzeugt, damit will Boeke sich nicht zufrieden geben. Vielleicht lassen sich die Eigenschaften der Hefe als Diener der Industrie durch weitere Veränderungen am Erbgut noch verbessern. Wenn das Buch "Frankenstein" noch einmal geschrieben würde, wäre die Hauptperson heute ein Wissenschaftler aus dem noch jungen Gebiet der synthetischen Biologie. Derlei Fantasien weist Boeke von sich: Das menschliche Erbgut ist um ein Vielfaches komplizierter als das der gut verstandenen Hefe.

Schon eher interessieren sich die New Yorker Forscher für die Grundausstattung des Lebens. Sie wollen herausfinden, welche Bestandteile ihres Erbguts die Hefe wirklich zum Überleben benötigt, indem er noch weitere Teile des genetisches Codes weglässt und die Auswirkungen verfolgt. Weltweit suchen Biologen nach der kleinsten noch überlebensfähigen DNA, nach der Mindestanzahl an Genen, ohne die Leben nicht möglich ist.

(RP)
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