WiWo App Jetzt gratis testen
Anzeigen

Biotechnologie Künstliches Leben versetzt Biotech-Branche in Aufruhr

Forscher haben im Labor ein neues Bakterium kreiert. Damit ist der Mensch erstmals in der Lage, künstliche Lebewesen zu schaffen. Die deutsche Biotech-Branche hat wesentlichen Anteil an der Entwicklung.

J. Craig Venter Quelle: dpa

Craig Venter hat es wieder einmal geschafft: Der 63-jährige Genforscher aus den USA füllte die Titelseiten von Wissenschafts- und Wirtschaftsmagazinen mit seinem jüngsten Coup: dem ersten von Menschenhand geschaffenen Lebewesen, einem Bakterium. Wie schon im Jahr 2000, als er die staatlich finanzierte Forscherelite bei der Entschlüsselung des menschlichen Erbguts mit seinem Unternehmen Celera fast überholte, drückte der Biochemiker auch diesmal aufs Tempo.

Der clevere Selbstdarsteller, den das US-Magazin „Forbes“ einst als „Bono der Biotech“ titulierte, wagte, was kein Forscherkollege vor ihm versucht hatte: Wie Victor Frankenstein in Mary Shelleys 192 Jahre altem Roman erzeugte er künstliches Leben im Labor. Wer noch daran zweifelte, dass moderne Biotechnologie eines Tages den göttlichen Schöpfungsanspruch infrage stellt, muss sich nun mit der von Venter geschaffenen Wirklichkeit auseinandersetzen: einer Mikrobe, deren ganzes Erbgut, das Genom, chemisch im Labor erzeugt wurde, die sich seither aber wie ein natürlich entstandener Organismus teilt und vermehrt – und damit lebt.

Allerdings ist dieses Leben weit entfernt von intelligenten oder gar menschenähnlichen Kreaturen, wie Dr. Frankenstein sie zu schaffen versuchte. Das künstliche Bakterium besitzt mit knapp 500 Genen nur eine Minimalausstattung an Erbanlagen. Das menschliche Genom besteht aus etwa 20.000 Genen.

Angst und Hoffnung

Dennoch weckt das kleine Kunstwesen Ängste und Hoffnungen gleichermaßen: Umweltschützer warnen, synthetische Mikroben könnten in die Natur entfleuchen und dort Schaden anrichten. Mancher Kritiker befürchtet gar, sie könnten von Terroristen entwendet und zu Killerbakterien umgebaut werden. Befürworter dagegen sehen große Chancen für vollständig am Reißbrett konstruierte Bakterien.

Der Gedanke dahinter ist nicht neu: Seit gut 40 Jahren arbeiten Biotechnologen daran, natürliche Organismen in aufwendigen Verfahren gentechnisch so zu verändern, dass sie nützliche Stoffe wie Medikamente oder Vitamine herstellen.

Gen-Synthese gibt es seit Jahren

Venters Ansatz könnte die Entwicklung aber „enorm beschleunigen und die Effektivität dramatisch erhöhen“, glauben Experten wie Ralf Wagner, die ganz wesentlich zum Gelingen des Venter-Projekts beigetragen haben. Wagner ist Gründer und Chef des Regensburger Unternehmens Geneart. Dessen Mitarbeiter tun im Auftrag von Forschern nichts anderes, als Gene im Labor künstlich nachzubauen. Chemiker nennen den Vorgang Synthese. Dabei fügen sie lange Doppelstränge des Erbgutmoleküls DNA aus den biochemischen Bausteinen des genetischen Alphabets, den Basen Adenosin, Thymin, Guanin und Cytosin zusammen. Auch Venter ist dort seit Jahren Kunde.

Bisher wurden die künstlich aneinandergereihten Moleküle für Forschungszwecke bestellt oder um Gene aus der Natur so zu verändern, dass sie sich besser in andere Organismen einfügen lassen. Sie als komplettes Genom einzusetzen hatten bisher erst zwei Forscher bei Viren versucht: der deutschstämmige Eckard Wimmer von der New Yorker Stony-Brook-Universität beim Polio-Erreger. Und Venter beim Virus Phi-X174.

M. mycoides Quelle: dpa

Bakterien sind jedoch viel komplexer als Viren, sodass Venter Jahre brauchte, um das Erbgut eines Organismus komplett nachzubauen und mit Markierungen zu versehen. Dieses künstliche Genom steckte er in ein nah verwandtes Bakterium, dem er zuvor das eigene Erbgut entnommen hatte. Dort – und das ist die eigentliche Sensation – wurden die synthetischen Gene aktiv, als wären sie von der Natur geschaffen, und übernahmen das Kommando über die Bakterienhülle. Wie in der Computerwelt sprechen die Forscher vom „Booten“ des Erbguts.

Venter und Forscher wie Wagner hoffen, die Technik bald auf andere Organismen übertragen zu können. Sie wollen Genome nicht nur nachbauen, sondern völlig neu entwicklen. Ihre Vision sind am Computer konzipierte und im Labor konstruierte Organismen. Die könnten nicht nur sehr viel schneller und effektiver als bisher Medikamente und Impfstoffe produzieren. Sie könnten auch helfen, auslaufendes Öl nach Unfällen wie aktuell im Golf von Mexiko zügig abzubauen oder Giftstoffe aus Böden und Gebäuden zu vertilgen. Ernteabfälle wie Stroh würden sie in Kunststoffe verwandeln. Oder noch besser: Sie könnten aus dem klimaschädlichen Kohlendioxid (CO2) direkt Biodiesel oder eine Art Rohöl für die petrochemische Industrie herstellen.

Designer-Bugs

Für Fachleute wie Holger Zinke, Gründer und Chef des deutschen Biotech-Unternehmens Brain, sind das alles andere als Hirngespinste: „Diese neue Form der synthetischen Biologie ist die Zukunft sämtlicher biotechnischer Produktionsprozesse“ (Lesen Sie hier das Interview mit Holger Zinke).

Auch Zinkes Unternehmen arbeitet in diesem Feld, das bisher als industrielle oder weiße Biotechnologie firmiert. Nur nutzte bisher niemand synthetische Lebensformen dafür. Die Brain-Forscher im hessischen Zwingenberg etwa entwickeln auf klassisch-biotechnische Weise für den Energieriesen RWE Mikroben, die das CO2 aus Kraftwerksschloten verwerten sollen. Auch solche Lebewesen, der stilbewusste Bauhaus-Fan Zinke spricht liebevoll-spöttisch von „Designer-Bugs“, seien gentechnisch modifiziert und stark von Menschenhand geformt.

Doch das Verfahren ist langwierig. Der Grund: Seit es in den Siebzigerjahren erstmals gelang, ein Gen von einer Tier- oder Pflanzenart in die andere zu bugsieren, hat sich das Verfahren kaum verändert. Auch heute noch werden einzelne Gene oder kleine Gruppen von Genen in das Erbgut eines bestehenden, gut funktionierenden Organismus eingeschleust.

Gensequenzierungslabor im J. Quelle: REUTERS

Das restliche Genom bleibt dabei aber – anders als bei Venter – erhalten.

Dem Darmbakterium Escherichia coli etwa wurde das Gen fürs menschliche Insulin untergejubelt, sodass es das lebenswichtige Hormon für Zuckerkranke produziert. Und Brain-Spezialisten brachten im Auftrag des Mischkonzerns Degussa mithilfe von acht zusätzlichen Genen Bakterien dazu, große Mengen der Aminosäure Lysin herzustellen. Sie hilft als Futterzusatz Schweinen dabei, Nahrung besser zu verdauen.

Das Problem: Je mehr Gene transferiert werden sollen, desto schwieriger wird die Sache. Davon kann Wagner als einer der Pioniere der Gensynthese stundenlang erzählen. Über Jahre perfektionierte er die Montage der genetischen Buchstaben. Heute stellt sein 180-köpfiges Unternehmen gut 3000 Gene im Monat her. Inzwischen ist Geneart weltweit unter einem guten Dutzend Konkurrenten führend. „Und unsere Kunden bestellen immer komplexere Genkonstrukte, die sie in ihre Arbeitsorganismen übertragen wollen.“

Überflüssige Gene ausschalten

Eine immense Hausforderung, denn schon fünf Erbanlagen am Stück zu transferieren sei schwierig, sagt Wagner: „Die Gene müssen miteinander kooperieren, dürfen sich nicht gegenseitig stören und müssen mit den vorhandenen Genen harmonieren.“ Deshalb berechnen Wagners Fachleute heute schon am Computer, wie die Gene beschaffen sein müssen, damit es möglichst reibungslos gelingt.

Und dennoch funktioniert die Sache längst nicht perfekt. Schlägt der Versuch fehl, müssen die Forscher eine neue Gen-Variante synthetisieren lassen und von vorne anfangen. Das kostet Zeit und Geld.

Die Komplexität müsse drastisch reduziert werden, fordern Forscher wie Wagner. „Wozu braucht ein Bakterium, das ein Medikament produziert und dabei ständig belüftet, gerührt und gefüttert wird, eine Geißel zur Fortbewegung oder Rezeptoren zur Futtersuche?“

Spritze Quelle: dpa

Also versucht er die überflüssig scheinenden Gene auszuschalten, um Platz zu schaffen für neue Erbanlagen. Diese eher ingenieurtechnische Herangehensweise ist quasi die Geburtsstunde der synthetischen Biologie. Und Geneart-Chef Wagner weiß, wie sehr das die Biotechnik verändert: „Wir versuchen einen optimalen Produktionsorganismus zu konstruieren, der genetisch maximal abgespeckt ist.“

Für Forscher wie ihn ist Venters Kunstbakterium daher eine kleine Verheißung: „Statt einen bestehenden Mikroorganismus zu zerpflücken oder mit unseren Genen zu spicken, können wir in Zukunft möglicherweise größere Genomabschnitte neu gestalten, so wie Ingenieure eine Fabrikanlage planen.“

Baukasten für Bio-Ingenieure

So versuchen Wagner und viele andere Forschergruppen weltweit, eine Art Baukasten zu entwerfen, aus dem die Bio-Ingenieure sich greifen können, was sie gerade brauchen, um beispielsweise in einer Zelle eine biotechnische Produktionsanlage im Miniaturformat aufzubauen. In etwa ließe sich das vergleichen mit Schaltern, Kondensatoren oder Widerständen, die ein Elektriker verwendet, sagt Wagner. Über ein Kundenportal soll Genearts Biobaukasten in einem Jahr startklar sein.

Ganz ohne klassische Biotechnik wird es aber auch dann – und wohl noch für Jahre – nicht gehen. Denn so sehr Craig Venters Erfolg einen technologischen Durchbruch markiert, der das Zeug zu einer neuen Plattformtechnologie hat. Der neue Ansatz des Amerikaners hat auch einen Haken: Der Organismus, den er sich mit seinem Team aussuchte, war optimal für den Versuch, nicht aber für den Transfer in eine biotechnische Anwendung. Denn bei den Versuchstieren handelt es sich um Mycoplasmen, die Erreger von tierischen Lungenseuchen. Sie haben keine Zellwand, sodass sie einfach zu manipulieren sind. Und gleichzeitig weisen sie das kleinste bei Bakterien bekannte Genom auf.

Das reichte für einen wissenschaftlichen Paukenschlag, kommentiert Wagner. „Doch für die Weiterentwicklung zu einer ernsthaften biotechnischen Anwendung eignet sich dieser Organismus eher nicht.“

© Handelsblatt GmbH – Alle Rechte vorbehalten. Nutzungsrechte erwerben?
Zur Startseite
-0%1%2%3%4%5%6%7%8%9%10%11%12%13%14%15%16%17%18%19%20%21%22%23%24%25%26%27%28%29%30%31%32%33%34%35%36%37%38%39%40%41%42%43%44%45%46%47%48%49%50%51%52%53%54%55%56%57%58%59%60%61%62%63%64%65%66%67%68%69%70%71%72%73%74%75%76%77%78%79%80%81%82%83%84%85%86%87%88%89%90%91%92%93%94%95%96%97%98%99%100%