Molekularbiologie

Wie man künstliche Bakterien herstellt

Am Symposium «Frontiers of Molecular Biology», das letzten Freitag an der Universität Zürich stattfand, berichteten fünf Wissenschaftler über aktuelle Forschungsprojekte in verschiedenen Gebieten der Molekularbiologie. Unter den Rednern war Nobelpreisträger Hamilton O. Smith. Er hielt einen Vortrag zum Thema «Rewriting the code of Life».

Maja Schaffner

Ordnung ins Genom bringen: Nobelpreisträger Hamilton O. Smith während seines Vortrages an der UZH. (Bild: Maja Schaffner)

Die Aula war trotz strahlendem Sonnenschein bis zum letzten Platz gefüllt. Zahlreiche Interessierte hatten sich eingefunden, um Neues aus der molekularbiologischen Forschung zu erfahren. Darunter waren viele Alumni des ehemaligen Instituts für Molekularbiologie II. Sie kamen an diesem Nachmittag an die Universität Zürich, um den vierzigsten Jahrestag der Gründung «ihres» Instituts zu feiern.

Vielfältige Forschungsgebiete der Alumni

Organisiert hatten das Symposium der ehemalige Direktor des Instituts Max Birnstiel und Walter Schaffner, sein Nachfolger und späterer Direktor des Instituts für Molekulare Biologie. Alle Gastredner waren ehemalige Mitarbeiter des Instituts für Molekularbiologie II (oder deren Stellvertreter), die alle aktuell erfolgreich in ihren Spezialgebieten an vorderster Front forschen.

Das Spektrum der Vorträge war breit. Themen waren die Erforschung der menschlichen Ursprünge in der molekularen Archäologie, die Untersuchtung der angeborenen Immunität mit systembiologischen Methoden, der Einfluss von epigenetischen Mechanismen auf Krankheiten, die Zelldifferenzierung bei der Blutbildung und die Herstellung von künstlichen Lebewesen in der synthetischen Biologie.

Künstliches Leben herstellen

Nobelpreisträger Hamilton O. Smith forscht im Gebiet der synthetischen Biologie. Der 1931 geborene Amerikaner verbrachte 1975/1976 ein Forschungssemester am Institut für Molekularbiologie II bei Max Birnstiel und arbeitete auch später mit ihm zusammen. Das Institut konnte von seinem Know-how in den gerade aufkommenden Gebieten der Gentechnologie und DNA Sequenzierung profitieren. Den Nobelpreis erhielt Smith 1978 gemeinsam mit Daniel Nathans und Werner Arber (der ebenfalls am Symposium anwesend war) für die Entdeckung und Beschreibung des ersten Restriktionsenzymes.

In seinem Vortrag ging Smith vor allem auf sein aktuelles Forschungsgebiet der synthetischen Biologie ein. In Zusammenarbeit mit Craig Venter – bekannt als einer der Entschlüssler des menschlichen Genoms – ist Smith an der Entwicklung synthetischer Lebewesen beteiligt. Nach dem Motto «Was ich nicht bauen kann, kann ich nicht verstehen» (Richard Feynman) lernten die Forscher zunächst, ein existierendes Bakterien-Genom in die Hülle eines fremden Bakteriums zu transplantieren. Danach stellten sie aus künstlich erzeugter DNA ein ganzes Genom her, das sie wiederum in eine Bakterienhülle einbrachten.

Selbst einfache Bakterien sind komplex

Smiths Vortrag machte vor allem eines klar: Synthetische Lebewesen herzustellen ist alles andere als einfach, auch wenn es momentan «nur» um künstliche Bakterien mit minimaler genetischer Ausstattung geht. Nur schon die Aufgabe, die DNA der künstlichen Chromosomen herzustellen, so Smith, habe seine Tücken. Das Erbgut müsse aus kleinen Stücken in mehreren Arbeitsschritten zusammengesetzt werden.

Um ein künstliches Genom herzustellen, verwendeten die Forscher die Erbsubstanz eines natürlich vorkommenden Bakteriums als Vorlage. Sie begannen alles «Überflüssige» aufzuspüren und zu eliminieren. Dadurch versuchten sie, die Zahl der Gene zu verkleinern. Das Ziel ist ein Bakterium, das nur noch die absolut lebensnotwendige genetische Grundausstattung besitzt. Diese Vorgaben haben sie noch nicht erreicht. Sie konnten bisher erst ein funktionierendes Bakterium mit reduziertem Gen-Satz herstellen.

Das Genom aufräumen

Gerne würden die Forscher die Gene im künstlichen Genom ordentlicher anordnen, als dies auf natürlichen Chromosomen der Fall ist. Ihr Ziel ist, der Funktion nach zusammengehörige Gene auch auf dem Genom nebeneinander aufzureihen. Im natürlichen Bakterien-Genom sind diese nämlich scheinbar wild verstreut.

Von den aufgeräumten Chromosomen versprechen sich die Forscher eine erleichterte Synthese der künstlichen Chromosomen in einer Art Modul-Bauweise. Damit würde es einfacher, Bakterien mit neuen Eigenschaften herzustellen – dem eigentlichen Fernziel der ganzen Arbeit.

Maja Schaffner ist Journalistin

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