Erster Schritt zu künstlichem Leben: Forscher erschaffen Chromosom im Labor

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Erster Schritt zu künstlichem Leben: Forscher erschaffen Chromosom im Labor

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Zum ersten Mal ist es Forschern gelungen, ein komplettes und funktionstüchtiges Chromosom eines höheren Lebewesens künstlich zu erzeugen.

von Susanne Kutter

Amerikanische Forscher haben erstmals ein komplettes und funktionstüchtiges Chromosom eines höheren Lebewesens im Labor nachgebaut. Mit Hilfe dieser Technik lassen sich Organismen bald so designen, dass sie Medikamente, Nahrungsmittel oder Bio-Treibstoffe kostengünstig und in großen Mengen herstellen können.

Es ist ein echter Durchbruch, den die Forscher um Jef Broeke vom Institute for Systems Genetics des Langone Medical Centers der New York University erreicht haben: Zum ersten Mal konnten sie ein komplettes Chromosom eines höheren Organismus nachbauen – und es funktionierte anschließend tadellos. Mit dieser Arbeit, die gerade im renommierten Wissenschaftsjournal „Sciene“ veröffentlicht wurde, sei seinem über 60-köpfigen Team der entscheidende Schritt von der Theorie in die Praxis der synthetischen Biologie geglückt, sagt Broeke.

Tatsächlich basteln Forscher schon seit über 40 Jahren an den Erbanlagen von natürlichen Organismen wie Pflanzen, Tieren, Hefen oder Bakterien herum, damit Ernteerträge üppiger ausfallen, Fleisch- und Milchmengen steigen oder die Organismen ganz artfremde Produkte wie Medikamente oder Treibstoffe herstellen. Bisher waren die Biotechnologen aber schon froh, wenn sie es schafften, einzelne Erbgutinformationen – die Gene – in die Organismen hinein zu bugsieren, so dass sie dort auch funktionierten. Denn die transferierten Gene mussten sich in die Umgebung der natürlichen Gene einfügen, ohne Schaden anzurichten. Das war mehr oder weniger ein Glücksspiel.

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Viel einfacher, erfolgversprechender und effektiver wäre es aus Sicht der Forscher, die gesamte Organisationseinheit der Gene, die sogenannten Chromosomen, komplett neu und künstlich – synthetisch – im Labor zu gestalten, so dass alles optimal zusammen passt. Doch das war bisher nur bei niederen Organismen wie Bakterien oder Viren gelungen - etwa dem bekannten US-Genforscher Craig Venter vor über drei Jahren.

Nun haben die US-Forscher aus New York dasselbe auch bei einem höheren Lebewesen geschafft, einem sogenannten Eukaryoten. So nennt man Lebewesen, deren Zellen einen echten Zellkern besitzen - bei Lebewesen ohne Zellkern spricht man von Prokaryoten. Dazu zählen etwa Bakterien.

Das Lebewesen, dessen Chromosom nun nachgebaut wurde, ist zugegebenermaßen ziemlich klein: Es handelt sich um ein einzelliges Lebewesen – die Hefe. Sie ist als Bäcker- oder Bierhefe allerdings nicht nur eines der ältesten biotechnischen Helferlein des Menschen, sie hat sich inzwischen auch zu einem der beliebtesten und fleißigsten Arbeitstierchen in der biotechnischen Produktion von Medikamenten und Biotreibstoffen gemausert. Deshalb sei der erfolgreiche Nachbau eines Hefe-Chromosoms einer der wichtigsten Forschungsdurchbrüche seit der Analyse des kompletten Hefeerbguts im Jahr 1996, verdeutlicht Broeke.

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Sein Team suchte sich das kleinste von insgesamt 16 Hefe-Chromosomen aus und baute es in siebenjähriger Fleißarbeit nach. Dabei ließen die Forscher ein paar überflüssig erscheinende Passagen im Erbgut des Hefe-Chromosoms III weg. So besitzt das künstliche Chromosom nur 273.871 genetische Buchstaben – die Basenpaare. Das Original hat 316.667 davon. Doch als die Wissenschaftler das Labor-Chromosom in Hefezellen einsetzen, funktionierte es dort tadellos.

Manche Varianten der Kunst-Chromosomen, die die Forscher bauten, waren sogar besser als das Original: Sie vermehrten sich viel schneller. Genau solche Eigenschaften interessieren Biotechnologen. Denn sie wollen künstliche Organismen schaffen, die Medikamente, Nahrungsmittel oder Bio-Treibstoffe möglichst kostengünstig und in großen Mengen herstellen. Mit künstlichen Chromosomen nach dem Baukastenprinzip sind die Forscher diesem Ziel ein großes Stück näher gekommen.

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