Cambridge-Wissenschaftler entwickeln den weltweit ersten lebenden Organismus

Wissenschaftler haben den weltweit ersten lebenden Organismus mit einem vollständig synthetischen und radikal veränderten DNA-Code geschaffen.

Die im Labor hergestellte Mikrobe, ein Bakterienstamm, der normalerweise im Boden und im menschlichen Darm zu finden ist, ähnelt seinen natürlichen Cousins, lebt aber von einer kleineren Anzahl genetischer Anweisungen.

Die Existenz des Käfers beweist, dass das Leben mit einem eingeschränkten genetischen Code existieren kann und ebnet den Weg für Organismen, deren biologische Maschinen beschlagnahmt werden, um Medikamente und nützliche Materialien herzustellen oder neue Funktionen wie Virusresistenz hinzuzufügen.

In zweijähriger Arbeit haben Forscher des Labors für Molekularbiologie der Universität Cambridge die DNA des Bakteriums Escherichia coli (E coli) gelesen und neu gestaltet, bevor sie Zellen mit einer synthetischen Version des veränderten Genoms schufen.

Was ist Gen-Editierung und wie kann sie genutzt werden, um den Code des Lebens neu zu schreiben?

Das künstliche Genom enthält 4m Basenpaare, die Einheiten des genetischen Codes, die durch die Buchstaben G, A, T und C beschrieben werden. Es ist vollständig auf A4-Blättern gedruckt und umfasst 970 Seiten, was das Genom zum mit Abstand größten macht, das Wissenschaftler je gebaut haben.

„Es war völlig unklar, ob es möglich war, ein Genom so groß zu machen und ob es so stark verändert werden konnte“, sagte Jason Chin, ein Experte für synthetische Biologie, der das Projekt leitete.

Die in einer Zelle aufgerollte DNA enthält die Anweisungen, die sie zum Funktionieren benötigt. Wenn die Zelle zum Beispiel mehr Protein zum Wachsen braucht, liest sie die DNA, die das richtige Protein kodiert. Die DNA-Buchstaben werden in Trios, den sogenannten Codons, wie TCG und TCA gelesen.

Fast alles Leben, von der Qualle bis zum Menschen, verwendet 64 Codons. Aber viele von ihnen machen den gleichen Job. Insgesamt ergeben 61 Codons 20 natürliche Aminosäuren, die wie Perlen an einer Schnur aneinandergereiht werden können, um jedes Protein in der Natur aufzubauen. Drei weitere Codons sind in Wirklichkeit Stoppzeichen: Sie sagen der Zelle, wann das Protein fertig ist, wie der Punkt am Ende dieses Satzes.

Der neue synthetische Organismus, Escherichia coli Syn61, auf Platten.

Das Cambridge-Team machte sich daran, das E-Coli-Genom neu zu gestalten, indem es einige seiner überflüssigen Codons entfernte. Die Wissenschaftler arbeiteten an einem Computer und gingen die DNA des Käfers durch. Wann immer sie auf TCG stießen, ein Codon, das eine Aminosäure namens Serin herstellt, schrieben sie es in AGC um, das die gleiche Aufgabe erfüllt. Sie ersetzten in ähnlicher Weise zwei weitere Codons.

Mehr als 18.000 Bearbeitungen später hatten die Wissenschaftler jedes Auftreten der drei Codons aus dem Genom des Käfers entfernt. Der neu gestaltete genetische Code wurde dann chemisch synthetisiert und Stück für Stück zu E coli hinzugefügt, wo er das natürliche Genom des Organismus ersetzt. Das in Nature berichtete Ergebnis ist eine Mikrobe mit einem vollständig synthetischen und radikal veränderten DNA-Code. Der als Syn61 bekannte Fehler ist etwas länger als normal und wächst langsamer, überlebt aber trotzdem.

„Es ist ziemlich erstaunlich“, sagte Chin. Als der Fehler entstand, kurz vor Weihnachten, ließ das Forschungsteam im Labor ein Foto mit einer Platte der Mikroben als zentrale Figur bei der Nachbildung der Krippe machen.

Solche Designer-Lebensformen könnten sich als nützlich erweisen, glaubt Chin. Da ihre DNA unterschiedlich ist, werden sich eindringende Viren nur schwer in ihnen verbreiten können, was sie praktisch virusresistent macht. Das könnte Vorteile bringen. E-Coli wird bereits in der biopharmazeutischen Industrie zur Herstellung von Insulin für Diabetes und anderen medizinischen Wirkstoffen für Krebs, Multiple Sklerose, Herzinfarkt und Augenerkrankungen eingesetzt, aber ganze Produktionsläufe können durch die Kontamination von Bakterienkulturen mit Viren oder anderen Mikroben beeinträchtigt werden. Aber das ist noch nicht alles: In Zukunft könnte der freigesetzte genetische Code wiederverwendet werden, damit die Zellen Designer-Enzyme, Proteine und Medikamente produzieren.

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