Synthetische Lebewesen: „Technologie mit ungeahnten Möglichkeiten“

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“Alles was man gegen einen Notschalter tun muss, ist, ihn abzuschalten”

Wie kann man sicherstellen, dass sich solche Organismen ausserhalb des Labors nicht unkontrolliert ausbreiten? Bisher vertrauten Forscher etwa darauf, dass sie in der Natur bestimmte Nährstoffe nicht finden würden. Doch ganz ausschliessen lässt sich das nie. Ein anderer Ansatz setzt auf Notschalter, sogenannte kill switches.

Beispielsweise würden Organismen unter bestimmten Umständen – etwa bei niedrigen Temperaturen ausserhalb eines Bioreaktors – einen bestimmten Giftstoff bilden, der sie umbringt. Church genügt das nicht: “Alles was man gegen einen Notschalter tun muss, ist, ihn abzuschalten”, betont er. Und dafür gebe es in der Natur viele Möglichkeiten.

Ende Januar legten er und sein ehemaliger Mitarbeiter Isaacs, der inzwischen an der Yale University in New Haven (US-Staat Connecticut) arbeitet, in zwei Artikeln im Fachblatt “Nature” ähnliche Lösungsansätze vor. Church vergleicht seine Sicherheitsvorkehrungen mit denen eines Autos: “Wenn man sie an der Peripherie befestigt, wie man Farbe auf ein Auto aufträgt, läuft das Fahrzeug trotzdem. Man muss den Schalter mitten am Motor anbringen, wie die Kurbelwelle, so dass es nun ein besonderes Teil hat, das Sie nur von einem Hersteller etwa in Europa bekommen.”

Ebenso wie Romesberg arbeiten Church und Isaacs mit Kolibakterien. Beim Stamm MG1655 veränderten sie das Erbgut so, dass die Mikroorganismen zum Bau wichtiger Proteine auf eine synthetische Aminosäure angewiesen sind, die in der Natur nicht vorkommt.

“Das in Bezug auf die Funktion am radikalsten veränderte Genom”

Dazu änderten sie im DNA-Strang eins von drei sogenannten Stopcodons, an denen die Translation abbricht. So unterbanden sie 321 Ablesestopps und brachten die Bakterien zur Produktion essenzieller Proteine. Dafür brauchen die Keime aber künstliche Aminosäuren, die sie nur im Labor bekommen. In der Natur, so die Forscher, würden die Bakterien unweigerlich absterben.

“Das ist das bislang in Bezug auf die Funktion am radikalsten veränderte Genom”, sagt Church. “Wir haben nicht nur einen neuen Code, sondern auch eine neue Aminosäure, und davon ist der Organismus komplett abhängig.” Zusätzlich wappnet der Code die Bakterien gegen bestimmte Viren, die den Mikroorganismen in industriellen Anlagen schwer zusetzen können.

Budisa spricht von einer genetischen Firewall und einem überzeugenden Ansatz. “Um zu überleben, müssen die Organismen die essenziellen Proteine mit synthetischer Aminosäure herstellen”, sagt der Chemiker. Das sei ein Riesenschritt – aber noch weit von einer Anwendung entfernt. “Das ist keine elegante Wissenschaft, sondern eine Tour de Force, für die die Organismen einen hohen Preis zahlen.” Während sich Kolibakterien sonst etwa jede halbe Stunde reproduzieren, bräuchten die von Church und die von Farrell produzierten Keime dazu – zumindest vorerst noch – mehrere Stunden, so Budisa.

Church testete auch, ob sich die Keime aus der Abhängigkeit von der synthetischen Aminosäure befreien können. Er liess eine Billion Bakterien ohne Nährlösung mit diesem Stoff wachsen. Nach zwei Wochen habe keiner der Mikroorganismen mehr gelebt, berichtet er. Das übertreffe die Sicherheitsempfehlungen der amerikanischen Gesundheitsbehörde NIH (National Institutes of Health) um das 10.000-Fache.

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