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Bakterien aus dem Baukasten

Alien-Jäger aufgepasst: Künstliches Leben landet auf dem Planeten Erde.




Craig Venter, der Mann, der einst den privat finanzierten Teil des Human Genome Project leitete und damit die Rezeptur des Lebens entschlüsselte, hat eine neue Spielwiese für seinen Forscher-Ehrgeiz gefunden. Gemeinsam mit seinem Kollegen Hamilton Smith versucht er nun, das gesamte Erbgut (Genom) eines lebenden Organismus zu konstruieren. Im November 2003 vermeldete das Duo einen ersten Erfolg: Es sei ihnen gelungen, eine synthetische Kopie eines Virus herzustellen, das statt Menschen Bakterien infiziert, verkündeten die Wissenschaftler stolz. Die Reaktion der Expertengemeinde war allerdings verhalten. Denn seit der Entdeckung von Viren streiten die Fachleute darüber, ob diese Organismen wirklich als lebendig zu bezeichnen sind. Wohl nicht zuletzt deshalb haben sich Venter & Co. mit ihrem aktuellen Projekt vorgenommen, nun das Erbgut von Bakterien zu synthetisieren. Denn an deren Lebendigkeit besteht nicht der geringste Zweifel.

Von der bloßen Herstellung eines Bakterien-Chromosoms indes lässt sich in der Wissenschafts-Community kaum jemand beeindrucken. Auch Venter wäre das nicht genug. Ihm geht es darum, grundlegende Prinzipien nachzuweisen. Denn solange man keine funktionsfähige Kopie eines Organismus herstellen kann, lässt sich schwer behaupten, man habe ihn wirklich verstanden, argumentiert er. Für Venter ist dieses Verständnis keine beliebige wissenschaftliche Übung, sondern Teil seiner Vision einer "synthetischen Biologie", die zur Grundlage einer wichtigen und wahrhaft revolutionären Technologie werden könnte.

Die Fäden für dieses ehrgeizige Projekt laufen bei Ari Patrinos im US-Department of Energy zusammen. Patrinos hat in der Welt der Genetik einen klangvollen Namen. Immerhin gelang es ihm, den Waffenstillstand zwischen den Vertretern des privaten und des öffentlichen Teils des Human Genome Project auszuhandeln, die sich im Wettbewerb gegeneinander harte Auseinandersetzungen geliefert hatten. Und so ist es nicht zuletzt Patrinos zu verdanken, dass der damalige US-Präsident Bill Clinton im Jahr 2000 das Unentschieden im Wettlauf um die Entschlüsselung des menschlichen Genoms verkünden konnte. Heute ist Patrinos Leiter des Programms "Genomes to Life" des Ministeriums, das auch für Forschung und Entwicklung zuständig ist. Ziel des Programms ist es, durch das Manipulieren von Bakterien unterschiedliche Anwendungen für die Praxis zu entwickeln.

Aber warum arbeiten die Forscher ausgerechnet an Bakterien? Wir Menschen sind im Hinblick auf die biologische Landschaft mit etlichen Vorurteilen behaftet. Auf die Frage, was ein Lebewesen ist, fallen den meisten von uns vor allem größere Tiere oder Pflanzen ein. Dabei bilden Bakterien tatsächlich die Mehrzahl der lebenden Organismen. Sie sind zwar vergleichsweise einfache Lebewesen, stellen jedoch hinsichtlich des Artenreichtums Pflanzen und Tiere in den Schatten. Genau diese Kombination aus simpler Struktur und Vielfalt macht Bakterien für jene Forscher interessant, die Lebewesen in industrielle Prozesse integrieren wollen.

Das Genoms-to-Life-Programm konzentriert sich insbesondere auf zwei Anwendungsgebiete: die Energieerzeugung und die Beseitigung von Schadstoffen.

Für die Energieerzeugung sind speziell die Organismen interessant, die Wasserstoff oder Methangas als Abfallprodukt ihres Stoffwechsels erzeugen. Beides eignet sich als Brennstoff. Das gilt im Besonderen für den Wasserstoff, der von einigen Fachleuten als geeignete alternative Energiequelle betrachtet wird, um sich von der Abhängigkeit vom Erdöl zu lösen.

Bei der Beseitigung von Schadstoffen setzen die Forscher auf die Eigenschaft vieler Bakterien, Schwermetalle unbeschadet fressen zu können, die für höher stehende Lebewesen giftig sind. Sie fanden sogar ein spezielles Bakterium, das erstaunlich widerstandsfähig gegen radioaktive Strahlenbelastung ist. Im amerikanischen Department of Energy denkt man nun darüber nach, wie die Winzlinge eingesetzt werden könnten, um Altlasten in atomar verseuchten Arbeitsstätten zu beseitigen.

Wenn alles gut geht, könnte die synthetische Biologie eines Tages maßgeschneiderte Bakterien liefern, die sich als mikroskopisch kleine Facharbeiter genau für eine bestimmte Aufgabe eignen. Human-Genome-Veteran Craig Venter jedenfalls glaubt fest daran, dass dieser Traum schon bald in Erfüllung geht.

Bei einer Konferenz, bei der auch Apple-Chef Steve Jobs anwesend war, machte der Biologe eine gewagte Gleichung auf. Die Biologie befinde sich heute an dem Punkt, an dem die Computerindustrie 1976 stand, als Jobs gemeinsam mit Steve Wozniak den ersten Apple-Rechner baute. Der Apple I war aus Teilen von der Stange zusammengesetzt. Diese standardisierten Teile entsprechen laut Venter den biochemischen Pfaden von Organismen, die über Jahrmillionen von der Evolution entworfen und konstruiert wurden. Heute kann man sich ihrer also direkt aus der Natur bedienen, so der Forscher, und in neuartigen Kombinationen zusammenfügen, um dem Menschen zu dienen.

Forscher wie George Church von der Harvard Medical School gehen noch einen Schritt weiter. Ihm schwebt eine Art Bausatz biologischer Legosteine vor. Sie besäßen standardisierte Verbindungsstellen, mit denen sich Gene wie Legos zusammenstecken lassen, bis der gewünschte Organismus dabei herauskommt.

Mit dieser Baukastenmethode wäre dann auch sicherzustellen, dass Bakterien nur schwer in die freie Wildbahn entkommen und dort überleben können - eine nicht unberechtigte Sorge, die viele Gegner der Genmanipulation umtreibt.

Craig Venter hat bei seinem neuen Gen-Projekt auch daran gedacht und holte sich bereits zum Start den Bio-Ethiker Arthur Caplan an Bord: Der soll sich schon jetzt mit diesen Fragen beschäftigen und um die Aufklärung der Öffentlichkeit kümmern.