• Deutschlandfunk bei Facebook
  • Deutschlandfunk bei Twitter
  • Deutschlandfunk bei Google+
  • Deutschlandfunk bei Instagram

 
Seit 07:05 Uhr Presseschau
StartseiteWissenschaft im BrennpunktMikroben werden Maschinen31.12.2015

Es lebt!Mikroben werden Maschinen

Teil 3 von 3

Leben ist mehr als nur Materie. Doch so sehr der Mensch auch suchte, eine Art Seele konnte er in ihrem Inneren nicht entdecken. Voran kam die Naturwissenschaft erst, als sie Leben als Maschine begriff. An diesem Bild arbeitet sie sich nun ab und entdeckt immer neue Bauteile, die in den Zellen wie Zahnräder ineinandergreifen.

Von Michael Lange

Mikroben vermehren sich im Labor auf speziellen Nährböden (picture alliance / dpa / Bernd Wüstneck)
Mikroben vermehren sich im Labor auf speziellen Nährböden (picture alliance / dpa / Bernd Wüstneck)
Mehr zum Thema

Themenschwerpunkt im DLF: Synthetische Biologie

Buchtipp I: Olaf Fritsche - Die neue Schöpfung

Buchtipp II: Auslese kompakt Leben aus dem Labor

Arbeitsgruppe Gentechnologiebericht - Synthetische Biologie

Definition - Xenobiologie

Evolution in Menschenhand - Symposium in Berlin 2015

Chemische Evolution eines bakteriellen Proteoms

Elisabeth Loos - Institut für Systematische Theologie der Uni Leipzig

Nediljko Budisa - Institut für Chemie der TU Berlin 

Chris Voigt - Massachusetts Institute of Technology

Nun stellt sich die Frage: Wie weit trägt das Konstrukt? Wer den Maschinen-Begriff ernst nimmt, dem drängt sich auch gleich die nächste Idee auf: Man könnte aus Leben doch auch was Neues bauen.

Hörtipp: Es lebt! Mikroben werden Maschinen - Silvester um 16:30 Uhr


Das Manuskript zur Sendung:

Als James Watson und Francis Crick 1953 das Geheimnis der DNA entdeckten, die Doppelhelix, fanden sie die materielle Grundlage des Lebens. Wie eine menschgemachte Maschine ließ sich von nun an das Innere einer lebenden Zelle auseinandernehmen, analysieren und verändern. Etwa 50 Jahre später entstand aus dieser Vorstellung die Synthetische Biologie. Wissenschaftler lernten aus Lebewesen etwas Neues zu konstruieren. Einfach, indem sie biologische Einzelteile neu zusammensetzten, so wie die Rädchen einer Maschine. Elisabeth Loos vom Institut für systematische Theologie in Leipzig beschäftigt sich mit diesen mechanistischen Vorstellungen in ihrer Doktorarbeit:

"Die drei Grundsätze der synthetischen Biologie sind: Vereinfachung, Standardisierung und die Modularität. Man möchte das Leben aus ingenieurwissenschaftlicher Sicht betrachten. Und über diesen Weg eine größere Kontrolle und Effizienz bei der Stoffproduktion erzielen."

Elisabeth Loos hat sowohl Biologie als auch Theologie studiert und kennt somit zwei höchst unterschiedliche Sichtweisen auf "das Leben". Sie weiß: Das Bild vom Lebewesen als Maschine hat die Fantasie der Naturwissenschaftler immer wieder beflügelt - und Fortschritte ermöglicht:

"Weg von dem unkontrollierbaren Lebenschaos, hin zu maschinenähnlichen Systemen, die kontrollierbar sein sollen. Das bedeutet, dass man das Chaos, das der Biologie innewohnt, dass man das kontrollieren und in geordnete Bahnen führen muss. Das ist die größte Herausforderung, vor der die synthetische Biologie steht."

Eine Maschine lässt sich verstehen, wenn man sie beobachtet und auseinandernimmt. Jedes einzelne Rädchen hat seine Funktion. Und wer die Zusammenarbeit der einzelnen Teile verstanden hat, kann die Maschine reparieren oder sogar nachbauen oder umbauen, im Prinzip.

"Ich denke, wenn man Bakterien als Maschinen bezeichnet, dann steckt da eher eine Wunschvorstellung hinter als die zutreffende Beschreibung eines Bakteriums. Das wissen auch synthetische Biologen. Man möchte Bakterien verstehen, indem man herangeht, wie ein Ingenieur, man weiß aber, dass Bakterien komplexer sind als Maschinen. Insofern ist es nur das Vorhaben, die Zellen zu vereinfachen, das Vorhaben Maschinen zu schaffen."

Organismen erzeugen, wie sie die Natur nicht kennt

Wissenschaftler haben es gerne einfach. Das ist die eine Seite. Anderseits haben Forscher tatsächlich begonnen, lebende Zellen nach ihren Wünschen umzukonstruieren – und maschinenähnlicher zu machen.

Das stäbchenförmige Escherichia coli-Bakterium schwimmt grazil durch das Wasser. Seine Hülle kann sich verformen wie ein Ballon. Im Innern herrscht das Chaos des Lebens. Tausende verschiedene Proteine und ein langer Faden des Erbmoleküls DNA wirbeln umeinander.

Der Chemiker Stefan Schiller vom Zentrum für Biosystemanalyse der Universität Freiburg betrachtet auf einem Monitor im Labor die Aufnahme einer Bakterienzelle. Sie sieht anders aus als natürliche Bakterienzellen.

"Ja, da haben wir ein mikroskopisches Bild, wo man in Farben, in Grau die Form der Zelle sieht und wo innendrin die helleren Bereiche in Grün, die Kompartimente sichtbar sind."

Die Bakterien sind einzigartig. Ihr Innenraum ist unterteilt in einzelne Kompartimente, wie Schubladen in einem Schrank. Vorbild für diese Bakterien sind größere und kompliziertere Zellen, wie sie Pilze, Pflanzen oder Tiere besitzen. Deren Zellen sind unterteilt in sogenannte Kompartimente oder Organellen. Sie haben verschiedene Aufgaben - vergleichbar mit den Organen des menschlichen Körpers.
Bakterien jedoch besitzen für gewöhnlich nur einen einzigen Reaktionsraum. Stefan Schiller will also Organismen erzeugen, wie sie die Natur nicht kennt, und er hat bereits Erfolge zu verzeichnen.

"Wenn man die Zelle einfach wie eine Blase oder einen Luftballon sieht, und darin sind noch einmal kleinere Luftballons. Das hat man auch schon häufiger auf der Kerwe oder dem Jahrmarkt gesehen - sodass mehrere kleinere Räume sich in dem größeren Raum Zelle befinden."

Eine Unterteilung in verschiedene Reaktionsräume macht Sinn. So können in einer Kammer Stoffe aufgebaut werden, und in der Kammer nebenan abgebaut. Produktionsschritte lassen sich voneinander trennen wie in einer kleinen Fabrik.

"Da in der Zelle sehr viele verschiedene Reaktionen ablaufen und diese sehr gut orchestriert sind, sind Bakterien schon kleine Fabriken. Wo in vielen Schritten viele Stoffe geändert werden und wo viele Funktionen entstehen."

Zum Beispiel: Wenn Bakterien einen Wirkstoff für die Pharmaindustrie herstellen, könnte der das Bakterium vergiften. In den kleinen Biofabriken von Stefan Schiller würde die Substanz in einer Spezialkammer vom Rest des Organismus getrennt.

Neue Substanzen erweitern das Spektrum der Möglichkeiten

Um das Innere der Bakterien zu unterteilen, nutzen die Freiburger Forscher große Biomoleküle, Proteine, mit besonderen Eigenschaften. Sie haben eine wasserabweisende Seite und eine wasserliebende. In einer wässrigen Lösung organisieren sie sich von selbst zu einer feinen Membran. Sie
unterteilt das Innere einer lebenden Zelle in mehrere Räume.

"Man muss die Teile verstehen, verbessern und auch neue entwickeln können. Auch ein neues Miteinander der Teile, über das hinaus, was heute in der Zelle oder in technischen Prozessen funktioniert. Aber man muss jederzeit das Gesamtsystem im Blick haben."

In einem anderen Projekt baut der Chemiker Stefan Schiller neuartige Moleküle: Ringförmige Proteine aus Bakterien verbinden sich mit technisch erzeugten Nano-Kügelchen aus Gold. Sie kleben aneinander und bilden feine Fäden aus Ringen und Kugeln.

"Man kann sich das vorstellen wie Donuts, die man beim Bäcker oder in anderen Geschäften kaufen kann, da einen Tennisball draufsetzt und wenn diese Donuts die Eigenschaft haben, diese Tennisbälle unterschiedlich zu erkennen und die Ober- und Unterseite Tennisbälle mag. Dann kann man daraus Ketten aus Donuts und Tennisbällen machen."

Das Material zeichnet sich aus durch neuartige optische oder elektronische Eigenschaften, wie sie die Natur nicht kennt. Was genau das Konstrukt einmal leisten wird, kann Stefan Schiller nicht einmal erahnen. Aber er ist überzeugt: Neue Substanzen erweitern immer das Spektrum der Möglichkeiten.

Hoffnung liegt in Mikro-Cyborgs

Während Stefan Schiller auf Nano-Ebene arbeitet, stellt ein Forscherteam der Universität von Illinois in den USA größere Konstruktionen aus Biologie und Technik her. Sie heißen Bio-Bots und gleichen schnell schwimmenden Bakterien oder Spermien, aber sie sind etwa tausend Mal größer. Mikro statt Nano.

Der kleine Roboter taumelt kreuz und quer durch das Wasser. Vorne der große Kopf mit einem Hohlraum, und direkt dahinter ein Schwanz, wie bei einem Spermium. Beides haben Wissenschaftler aus Kunststoff hergestellt. Nur der Antrieb ist biologisch. Dort, wo der Schwanz am Kopf befestigt ist, haben die Forscher mehrere Herzmuskelzellen angeklebt. Die Zellen stehen miteinander in Kontakt. Sie ziehen sich im Rhythmus zusammen und strecken sich wieder. Wie ein Bio-Motor bewegen sie den Schwanz, der sich krümmt und schlängelnde Bewegungen durchführt. So treibt er das künstliche Spermium voran, wie eine Schiffsschraube.

 

Immer mehr Konstrukte aus den Labors sind nicht mehr eindeutig zuzuordnen. Sie sind zum Teil Lebewesen und gleichzeitig menschgemachte Maschinen. Die Hoffnung der Forscher ist, dass diese Mikro-Cyborgs Fähigkeiten entwickeln, die die Natur nicht kennt - und die die Technik bisher nicht hinbekommt.

"Sodass es dann auf bestimmten Ebenen ein Zusammenwachsen gibt: Von dem Künstlichen, dem Maschinellen, und dem Lebendigen. Und dann wird man sicher auch mit größerem Recht solche mechanischen Metaphern verwenden können, für solche Objekte."

Joachim Boldt lehrt und forscht als Philosoph und Ethiker an der Universität Freiburg. Ihm ist aufgefallen, "dass man sich so ein bisschen gefangen nehmen lässt von diesem mechanistischen Paradigma, was auch eine bestimmte Art von Selbstverständnis und Prognosen transportiert, die so sehr von einem Pathos getragen sind: Wir bekommen das hin, wir machen das jetzt alles. Es wird alles möglich sein, mehr oder weniger."

Natur-Technik-Hybride

Die Wissenschaft stellt ihren Wortschatz in den Dienst der Machbarkeit und erzeugt so Optimismus. Dass sich damit auch der Blick auf die Welt der Lebewesen verändert, ist ein unbeachteter Nebenaspekt. Für Joachim Boldt ist klar: Wer die Grenze zwischen Leben und toter Materie verschiebt oder aufweicht, ändert auch seinen Blick auf die Natur und letztlich auf den Menschen.

"Wann wollen wir eigentlich welchem Lebewesen welchen Wert zusprechen? Sind wir bereit, der Maschinen-Metapher folgend zu sagen: Wenn wir Menschen nichts anderes sind als komplexe Maschinen, ist es dann nicht in Ordnung, dass wir uns selber wie Maschinen gegenseitig verändern auf bestimmte Zielzustände hin, indem wir uns genetisch optimieren, oder was immer man sich da auch vorstellen könnte."

Sanft wie eine Qualle gleitet das fragile Gebilde durch das klare Wasser. Immer wieder krümmt und streckt es sich und kommt langsam voran. Lebende Zellen sind für die sanfte Bewegung verantwortlich. Was aussieht wie ein eigenständiger Organismus, ist jedoch lediglich eine Schicht aus menschlichen Muskelzellen auf einem künstlichen Gerüst – mit bloßem Auge gut zu erkennen. Wissenschaftler der Harvard University haben das Muskelgewebe so angeordnet, dass die Zellen gemeinsam kontrahieren und als Gemeinschaft selbstständig durch das Wasser schwimmen.

Was aussieht wie ein Lebewesen, ist keines. Wissenschaftler haben lebende Zellen und tote Technik zusammengeklebt, und es entstand ein Natur-Technik-Hybrid. Diese Form einfacher Konstruktionen ist nur ein Anfang. Wer wirklich Neues schaffen will, muss an die Baupläne des Lebens heran: Das Erbmolekül DNA. Mittels Gentechnik lassen sich Erbinformationen seit den 1970er-Jahren von einer Art auf eine andere übertragen. So entstehen Mischwesen, aber keine Konstruktionen, die ein Mensch erdacht hat. Nun aber soll der Mensch zum Konstrukteur oder Designer werden.

"We are working on being more sophisticated in the ways of designing and constructing synthetic programs in cells."

Chris Voigt arbeitet als Spitzenforscher im Mekka aller Nerds, dem Massachusetts Institute of Technology, kurz M.I.T.. Er verlässt sich nicht auf Informationen aus der Natur, die er neu kombiniert. Wie ein Ingenieur will er biologische Maschinen am Reißbrett konstruieren. Sich selbst sieht er als Programmierer. Er schreibt Computerprogramme und überträgt sie in existierende, lebende Zellen.

"Wir haben eine Programmiersprache für Zellen entwickelt. Mit bestimmten Algorithmen haben wir ein Programm geschrieben, das einen digitalen Computer-Code in einen biochemischen Code für Erbmoleküle übersetzt."

Eine Programmiersprache für Computer, die von Zellen verstanden wird.

"Wir betrachten die Zelle als Maschine"

Das klingt einfacher als es ist. Denn die Sprache der Zellen ist ganz anders aufgebaut als jede Programmiersprache. Nichts auf dem Erbmolekül DNA ist geordnet. Es herrscht Chaos, das Wissenschaftler nur ansatzweise verstehen. Ein einfaches Übersetzungsprogramm würde ähnlichen Unsinn liefern wie die ersten Bedienungsanleitungen aus dem Computer – zum Beispiel für ein UKW-Radio aus Ostasien.

"Setzen sie das stereo Kopfphon in Kopfphon Wagenwinde ein. Die Macht ist an, sonst ist die Macht ab. Für UKW Band die Tafel wird angezündet, nur als den Laut des Radios wird erhalten."

Mit einem solchen Kauderwelsch kann ein Kunde nichts anfangen, und genau so geht es den meisten Zellen, wenn sie vom Menschen erdachte DNA lesen sollen. Noch ist zu wenig bekannt über die Grammatik des Lebens, um einer Zelle genau mitzuteilen, was sie machen soll. Aber Chris Voigt am M.I.T. und andere Programmierer machen Fortschritte.

"Wir betrachten die Zelle als Maschine. Sie besitzt von Natur aus alle Bauteile, um in ihrer Umwelt zu überleben. Und wenn wir dann ein von uns geschriebenes Programm hinzufügen, dann läuft dieses Programm parallel zu den Lebensfunktionen."

An die Hauptprozesse, die das Leben ausmachen, wagen sich die Programmierer noch nicht heran. Die künstlich programmierte DNA ist lediglich eine kleine Ergänzung zum Routinebetrieb einer Zelle. Das, was die Zelle lebendig macht, stammt weiterhin aus der Natur. Dennoch geht diese Programmierung über die bereits bekannte Gentechnik hinaus.

Die nämlich verpflanzt existierende Bauanleitungen. Sie lässt Bakterien Stoffe herstellen, die sonst von Tieren, Pilzen oder Pflanzen produziert werden. Die neue Technik kann mehr. Bakterien könnten Stoffe produzieren, die es in der Natur nicht gibt. Lebewesen produzieren Kunststoffe. Aber noch ist es nicht so weit.

"Wir möchten gerne verstehen, wie jede einzelne Komponente in unserer Maschine funktioniert. Aber die Biologie ist nun einmal ein äußerst kompliziertes System. Wir müssen ganz einfach anfangen, und dann mit der Zeit komplizierter werden."

Jeder Konstrukteur wünscht sich, dass sein Konstrukt funktioniert, so wie er es erdacht hat - und dass möglichst niemand daran herumpfuscht. Das gilt auch für die Baumeister und Programmierer der synthetischen Biologie. Dabei vergessen sie, dass es in der Natur keine ewig gültigen Baupläne gibt. Nichts ist von Anfang an richtig. Wer Leben jedoch als Maschine begreift, für den ist die Evolution ein Störfaktor, erklärt die Leipziger Biologin und Theologin Elisabeth Loos.

"Das ist ein sehr ambitioniertes Vorhaben der synthetischen Biologie, dass man diese unkontrollierbaren Kräfte der Evolution, dieses kreative Chaos da schön heraushalten möchte, um effiziente Maschinen zu erhalten."

Den biologischen Code von Grund auf verändert

Die Natur ist geschickter als ein menschlicher Konstrukteur, der allein bestimmen will, wie seine Maschine aussieht. Natur macht dauernd Fehler und korrigiert dann im laufenden Betrieb.

"Biologisches Leben gibt es nicht ohne Evolution. Und wenn man zur synthetischen Biologie weiter geht, wird da die evolutionäre Vergangenheit abgeschnitten, andererseits soll aber auch die Möglichkeit zur evolutionären Weiterentwicklung weggenommen werden, denn wenn ich eine Maschine habe, dann will ich auch nicht, dass sie sich selbstständig weiterentwickelt in eine Richtung, die ich nicht kontrollieren kann."

Die Wissenschaft kann es nicht besser machen als die Natur, aber vielleicht anders. Dem französischen Biotechnologie-Unternehmer Philippe Marlière und dem Berliner Biologie-Professor Rupert Mutzel ist es gelungen, den biologischen Code von Grund auf zu verändern.

Die Idee kam von den Wissenschaftlern. Umgesetzt wurde sie von der Natur, in einer Art Evolutionsmaschine im Keller des Berliner Biologie-Instituts.

Kleine Glasgefäße, nicht größer als ein Finger. Darin wachsen Bakterien. Schläuche bringen Luft und Nährmedien hinein und hinaus. Hier lernen die Bakterien den neuen genetischen Code.

"Also das sind um die 20 Milliliter Flüssigkeit, sehr wenig, gerade einmal zwei Schnapsgläser voll. Die Population an Bakterien, die darin wächst ist sehr groß. Das geht über zehn hoch zehn Bakterien. Das sind dann zehn Milliarden Bakterien, mehr als die Erdbevölkerung Individuen hat."

Normalerweise sind es vier Basen - Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin – die die genetische Information des Lebens speichern, erklärt Rupert Mutzel.

"Alle zellulären Organismen auf der Erde haben diese vier Basen. Und das ist das genetische Material, das letztlich über alle Eigenschaften einer Zelle bestimmt. Da ist der genetische Code drin festgeschrieben. Da ist es eine interessante Frage, ob es jetzt unausweichlich war, dass genau diese vier Basen verwendet werden, um genetisch zu codieren. Oder hätte die Evolution auch einen anderen Weg einschlagen können? Und so etwas bekommt man natürlich am besten dadurch heraus, dass man versucht es zu ändern. Und deshalb war der Ansatz, den wir verfolgt haben, eine dieser vier Basen, nämlich das Thymin, zu ersetzen durch ein synthetisches Analog: Das 5-Chlor-Uracil, das in der Natur so nicht vorkommt eigentlich."

Dazu mussten die Forscher ihre Bakterien zunächst so verändern, dass sie die Base Thymin nicht mehr selbst herstellen konnten. Nur wenn sie mit Thymin gefüttert wurden, konnten sie überleben. Dann senkten die Forscher nach und nach die Thymin-Menge im Futter und boten als Alternative die synthetische Base 5-Chlor-Uracil an.
Zunächst konnten die Bakterien mit dem fremden Stoff nichts anfangen. Aber sie lernten es in vielen hundert Generationen.

"Das geht wirklich automatisch. Das sind die darwinschen Mechanismen, die da wirken. Die natürliche Selektion entscheidet, wer am besten wächst. Und das sind in dem Fall die, die am meisten Chlor-Uracil verwenden können. Denen geht es am besten. Wir müssen nie eingreifen. Das läuft automatisch und kann über tausende Generationen laufen, ohne, dass wir jemals intervenieren müssen."

Künstliche Aminosäuren

So entstehen Bakterien wie von einem anderen Stern. Ihr Erbmaterial unterscheidet sich von jedem anderen Organismus auf der Erde. Allerdings besitzen die Bakterien keine Fähigkeiten, die andere Bakterien nicht auch hätten. Denn aus der Information der ungewöhnlichen Erbmoleküle entstehen genau die gleichen Aminosäuren und Proteine wie in allen Lebewesen auf der Erde. Um einen Vergleich aus der Fabrik zu bemühen: Die Bauanleitung ist in einer neuen Sprache formuliert, gebaut wird nach wie vor dasselbe.

Wer lebenden Organismen unnatürliche Fähigkeiten verleihen möchte, muss einen Schritt weitergehen. Er muss bei den Aminosäuren ansetzen, den Bausteinen der Proteine. Genau das macht der aus Kroatien stammende Chemiker Nediljko Budisa. Er forscht als Professor am Institut für Chemie der Technischen Universität Berlin:

"Eine chemische Zusammensetzung hat sich durchgesetzt vor vier Milliarden Jahren. Und das ist universell. Diese Bausteine, die 20 Aminosäuren, ein Grundmerkmal von Lebewesen. Und jetzt haben wir uns als Ziel gesetzt, das zu verändern."

Eine der 20 natürlichen Aminosäuren will Budisa ersetzen, durch eine neue, künstliche. Im Labor erklärt der Doktorand Stefan Oehm den Ablauf des Experiments.

"In unserem Fall geht es um Tryptophan. Das ist die Aminosäure, die höchstwahrscheinlich als letzte zu den 20 Aminosäuren hinzugekommen ist. Und wir ersetzen sie durch eine rein synthetische Aminosäure. Die kommt in der Natur nicht vor. Sie wird von unseren Chemikern synthetisch, organisch, chemisch hergestellt."

Ohne eine Substanz namens Indol können Bakterien die Aminosäure Tryptophan nicht produzieren. Die Wissenschaftler verringerten deshalb die Indol-Menge im Nährmedium der Bakterien. Dann übertrugen sie die Bakterien in ein anderes Gefäß mit noch weniger Indol und so weiter. Die Tryptophan-Herstellung wurde für die Bakterien immer schwieriger - und schließlich unmöglich. Als Alternative erhielten die Bakterien dann die künstliche Aminosäure.

"Wir haben hier einen Inkubator. Der ist auf 30 Grad geheizt. Und der schüttelt, damit die Bakterien auch mit Sauerstoff versorgt werden. Hier sieht man jetzt die ganzen Erlenmeyerkolben. Es wurde gerade frisch überimpft, sagt man. Also neu angesetzt. Die Zellen werden dann hier ein oder zwei Tage inkubiert. Dann können sie in Ruhe wachsen. Und nach zwei Tagen sieht man eine trübe Flüssigkeit. Das sind die Zellen, die hochgewachsen sind in dem Medium."

Immer wieder die gleichen Arbeitsschritte bis die Bakterien schließlich kein Tryptophan mehr besitzen und ihre Proteine stattdessen mit der künstlichen Aminosäure aufbauen. Anderthalb Jahre dauerte das Experiment.

"Vielleicht bauen wir eine Art genetische Firewall"

Auf die mühevolle Handarbeit im Labor können die Berliner Forscher in Zukunft verzichten. Im Keller des Instituts stehen zwei "Genomaten" - ganz ähnlich wie die Evolutionsmaschinen im Labor von Rupert Mutzel.

Kleine Zellen wirbeln zwischen den Luftblasen in einer Flüssigkeit. Je besser sie wachsen, umso trüber wird die Flüssigkeit, in der sie schwimmen. Die klickenden Ventile steuern die Zufuhr von Nahrung. Aber ein wichtiger Nährstoff fehlt und wird durch eine künstliche Substanz ersetzt. Die Bakterien passen sich an - genauso wie die Wissenschaftler es geplant haben.

"Tatsächlich konnten wir - und das hat noch keiner vorher geschafft - beweisen über zwei verschiedene Methoden, dass kein Tryptophan mehr in unserem finalen Derivat vorhanden ist. Das wurde so noch nie gezeigt. Es ist ohnehin faszinierend, dass es geklappt hat. Das haben wir uns gar nicht vorstellen können, weil es insgesamt über 20.000 Positionen sind, die ersetzt werden durch etwas, was vorher nicht da war."

Das gesamte Proteom, alle Proteine im Innern der Zellen, waren also umgebaut worden. Die Proteine enthielten neben 19 natürlichen Aminosäuren eine weitere, die die Natur nicht kennt. Wohin das führen wird, darüber kann Nediljko Budisa nur spekulieren.

"Vielleicht enden wir in einer genetischen Isolation. Vielleicht bauen wir eine Art genetische Firewall. Vielleicht haben wir eine parallele biologische Welt. Vielleicht fangen wir an mit einer künstlichen biologischen Vielfalt. Vielleicht führt das in eine parallele Welt mit künstlichem Leben. Aber das ist nur eine Idee."

Die Lebewesen aus dem Labor und die Natur wären dann voneinander getrennt - wie Natur und Maschinen. Der zwischen Lebewesen mögliche genetische Austausch würde blockiert. Dazu müsste jedoch sichergestellt sein, dass die Bakterien nicht auf Tryptophan oder Indol zurückgreifen können, wenn es ihnen wieder angeboten wird. Der Rückweg müsste abgeschnitten werden.

"Das ist tatsächlich noch ein Projekt meiner Promotion, diese Rückkehr in die natürliche Umgebung zu verhindern. Wir haben jetzt den Vorteil, dass dieser Stamm mit etwas Unnatürlichem wächst. Wenn man es jetzt schafft, dass er nicht mehr Tryptophan einbauen kann und damit auch nicht mehr leben kann, dann würde man so etwas wie Biocontainment schaffen. Eine Firewall, die unseren Organismus von der natürlichen Umwelt abgrenzt und nicht mehr überlebensfähig macht. Und das sind aktuelle Arbeiten, die ich tatsächlich auch mache gerade."

"Die Urschöpfung wird der Mensch nicht noch einmal machen können"

Sind die Bakterien auf die künstliche Aminosäure angewiesen, könnten sie außerhalb des Labors nicht überleben. Besonders für die Biotechnologie wären solche Organismen nützlich, denn sie erhöhen die Sicherheit, erklärt Nediljko Budisa.

"Wir möchten einfach einen Weg bahnen. Der Weg führt uns zur künstlichen biologischen Vielfalt. Und diese Vielfalt soll als Basis dienen für viele neue Technologien, wo man lebende Zellen, Bakterien, betrachtet als programmierbare Fabriken, die alles machen, was wir brauchen."

So könnten Proteinfäden entstehen, die fester sind als Spinnenseide, oder andere neuartige Materialien, die sich heute noch niemand vorstellen kann. Hergestellt von kleinen Zellen in großen Tanks. Diese Form der biologischen Umgestaltung ist mehr als nur das Bauen mit vorhandenen Einzelteilen. Sie nennt sich Xenobiologie - eine biologische Parallelwelt. Aber kein künstliches Leben, stellt Nediljko Budisa klar.

"Was ist eigentlich Leben? Wir wissen schon: Das Leben, das ist nicht nur die chemische Zusammensetzung, das sind nicht nur chemische Reaktionen. Leben ist, wie all diese Sachen zusammen organisiert sind. Das Leben ist nicht die Materie selbst, sondern eine bestimmte Form der Organisation."

Xenobiologen erweitern die Palette des Lebens um neuartige Vertreter - mit künstlichen Elementen. Die Organisationsform jedoch übernehmen sie nicht nach dem Vorbild der Maschinen, sondern nach dem der Natur. Nicht der Mensch ist der Ingenieur, sondern die Natur. Die Schöpfung bleibt ein Thema für die Theologie. Vorerst.

"Man kann aber aus Sicht der Theologie ziemlich cool bleiben. Denn die Urschöpfung wird der Mensch nicht noch einmal machen können."

 

 

Das könnte sie auch interessieren

Entdecken Sie den Deutschlandfunk