Synthetische Biologie

 
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Bild: Kolonien des transformierten Mycoplasma mycoides Bakteriums. J. Craig Venter Institute


Synthetische Biologie ist ein interdisziplinärer Forschungszweig. Sie gilt als die neueste Entwicklung der modernen Biologie und bezeichnet ein Forschungsgebiet, das Elemente der Molekularbiologie, der Chemie, der Computerwissenschaften und der Ingenieurswissenschaften verbindet. Der Synthetischen Biologie liegt die Idee zugrunde, dass sich Lebewesen kontrolliert und zielgerichtet umbauen bzw. konstruieren lassen. Im Vordergrund der Synthetischen Biologie stehen das Entwerfen und Herstellen von natürlicherweise nicht vorkommenden biologischen Systemen sowie die Rekonstruktion und der Nachbau bereits existierender biologischer Systeme. Im Unterschied zur Gentechnik werden somit nicht nur einzelne Gene von einem Spenderorganismus in einen Empfängerorganismus transferiert, sondern es werden vollständig künstliche biologische Systeme erzeugt.

Mögliche Anwendungsbereiche der Synthetischen Biologie sind:
– Medikamentenproduktion (synthetische Bakterien oder Hefe produzieren Medikamente).
– Medizin (synthetische Zellen für therapeutische Zwecke behandeln im Körper kranke Zellen und krankes Gewebe).
– Energiegewinnung: (Zellen, die nachwachsende Rohstoffe in Energie umwandeln).
– Umwelttechnologie (beispielsweise synthetische kohlendioxidbindende Bakterien zur Kohlendioxid-Reduktion).
– Materialproduktion: (Organismen für die Produktion von beispielsweise Plastik oder Textilien).
– Militärische Anwendungen (Entwicklung beziehungsweise Bekämpfung neuer biologischer Waffen).

Das EU-Projekt SYNBIOSAFE (Safety and ethical aspects of synthetic biology) soll sicherheitsrelevante und ethische Aspekte der synthetischen Biologie untersuchen.

Die Eidgenössische Ethikkommission für die Biotechnologie im Ausserhumanbereich EKAH bearbeitet ethische Aspekte der Synthetischen Biologie.

Oktober 2017

Der bekannte Genetiker J. Craig Venter, der als Erster das menschliche Genom entzifferte und als Erster einen künstlichen Organismus erschaffen hatte, publizierte 2014 ein Buch, das unter dem deutschsprachigen Titel „Leben aus dem Labor. Die neue Welt der synthetischen Biologie“ erhältlich ist. Noch heute bleibt das Buch von Interesse, da es einen faszinierenden wie auch nachdenklich stimmenden Einblick in die neue Welt der synthetischen Biologie ermöglicht. Venter erzählt in seinem Buch von den revolutionären Entdeckungen seiner Forschung. Gleichzeitig zeigt er, zu was die gegenwärtige Biologie fähig ist und was sie zukünftig alles können wird: Sequenz für Sequenz passgenaue Organismen herstellen oder Zellen genetisch programmieren.

Oktober 2017

Erfindungen aus der Synthetischen Biologie, die die Welt verändern könnten, stehen im Interesse von verschiedenen Berichterstattungen. So schreibt die Finanz- und Investitionsberatungs-Agentur „The Motley Fool“ über „Sauberes Fleisch“ aus der Tierzüchtung, Stickstoffanlagen welche mit Pflanzensamen funktionieren, die mit supereffizienten stickstofffixierenden Bodenmikroben umhüllt sind, Gasvergärungen mit Mikroben, die Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Methan effizient auffressen, genetische Impfungen mit CRISPR/Cas, die Erbkrankheit-verursachende Genmutationen ausrotten oder selbstreplizierende zellfreie Systeme. Crow (2017) beobachtet die Entwicklungen in der Synthetischen Biologie und berichtet über Pflanzen, die ihren Dünger gleich selber herstellen, über Impfstoffe, die via e-Mail durch Ausdruck von digitalen Konvertern verarbeitet werden können, über fleischloses Fleisch aus Bakterien, über bakteriell produzierte Kleider, über leistungsstarke Biofabriken sowie über das Schreiben von Genomen durch den Menschen.

September 2017

Der so genannte genetische Code gibt die Regel vor, aufgrund derer die DNA-Sequenz (die Abfolge der Basen (Nukleinsäuren) in der DNA) in eine Aminosäuresequenz eines Proteins übersetzt wird. Der Code ordnet drei aufeinanderfolgenden Basen jeweils eine bestimmte Aminosäure zu. Alle Lebewesen benutzen denselben genetischen Code. Im Rahmen des internationalen iGEM-Wettbewerbs in Boston (iGEM steht für „International Genetically Engineered Machine“ und ist heute der bedeutendste Wettbewerb in der synthetischen Biologie) wollen Studierende den genetischen Code erweitern. Eine Veränderung des natürlichen Codes soll die Bildung neuartiger Proteine ermöglichen. Damit könnten, so das iGEM 2017 Team Bielefeld, Organismen mit neuen Funktionen etwa für medizinische Zwecke genutzt werden. Das Ziel des Projekts ist die Herstellung eines biologischen Werkzeugkastens, welcher allen iGEM-Teams und Forschenden es zukünftig ermöglichen soll, bisher unübliche Aminosäuren in Proteine von Bakterien einzubauen und so neue Forschungsvorhaben zu verwirklichen.

Juli 2017

Laut Hexa Research, einem Marktforschungsinstitut aus Kalifornien, zeigt der Markt der Synthetischen Biologie ein erfolgreiches globales Wachstum bis 2024. Der globale Markt sei geprägt durch intensive Forschung und zunehmender Unterstützung durch die Regierungen, stehe aber am Anfang der Kommerzialisierung. Unter anderem hätte die Nachfrage auf Biokraftstoffe wie auch Entwicklungen in der Medizin eine positive Einwirkung auf die globale Industrie der Synthetischen Biologie. Kernprodukte seien synthetische DNA, Gene, Zellen, Chassisorganismen und so genannte Xeno-Nukleinsäuren (künstliche Variante der natürlichen Nukleinsäuren der DNA und RNA). Weitere markttreibende Faktoren seien Nutrazeutika oder Vitamine als Lebensmittelzusätze (Inhaltsstoffe die mit positivem Effekt auf die Gesundheit beworben werden), die regenerative Medizin (Wiederherstellung funktionsgestörter Zellen, Gewebe und Organe) und die Reprogrammierung von Stammzellen.

Juni 2017

Craig Venter, einer der Pioniere der synthetischen Biologie, stellte einen 3D-Drucker vor, der digitale Daten in Biomoleküle verwandelt, aus denen Organismen hergestellt werden können. Die neue Maschine, die Craig Venter einen digital-biologischen Konverter (DBC) nennt, soll die erste Maschine sein, an die digitale Gensequenzen über das Internet geschickt werden können, worauf (anstelle der üblichen Tintenpatronen) aus den in der Maschine bereit gestellten DNA-Bausteinen (den Basenbausteinen G, T, C und A) Biomoleküle wie genetische Sequenzen, RNA-Moleküle, Proteine oder Virenteile automatisch ausgedruckt werden. Der 3D-Drucker soll in der synthetischen Biologie verwendet werden, um lebensfähiges Gewebe und sogar einzelne Genome herzustellen, und er könnte ein weiterer Schritt in Richtung der Herstellung von Organen sein.

März 2017

Einem grossen Zusammenschluss von Forschern ist es gelungen, fünf Hefechromosomen vollständig synthetisch herzustellen (Synthetic Yeast Genome Project). Die Grösse der fünf Hefechromosomen entspricht ungefähr 3.5 Millionen Basenpaaren der insgesamt 12 Millionen Basenpaare der Hefe Saccharomyces cerevisiae. Die Studie gilt als ein signifikanter Meilenstein auf dem Weg zur Kreation eines vollständigen eukaryotischen Genoms. Eukaryoten umfassen Lebewesen, die aus Zellen mit einem echten Zellkern aufgebaut sind. Die Teilsynthese des Hefegenoms steht im Zusammenhang mit früheren Versuchen, Leben zu synthetisieren und erweitert das Spektrum der Möglichkeiten der Synthetischen Biologie beträchtlich.

März 2017

Die Photosynthese von Pflanzen ermöglicht es, Sonnenlicht und gasförmiges Kohlendioxid einzufangen und sie in Form von energiereichen chemischen Verbindungen (Zucker) zu speichern. Forscher des Marburger Max-Planck-Instituts haben aus 17 Enzymen einen neuartigen Stoffwechselweg gebaut, der CO2 effizienter aus der Luft binden kann als die Photosynthese der Pflanzen. Damit ist ein Resultat der Synthetischen Biologie gelungen, das manchen Biologen als imposant erscheint: Die Photosynthese technisch nachzuahmen und sie sogar noch leistungsfähiger zu machen. Der Marburger Mikrobiologe Tobias Erb wurde im März 2017 für seine bahnbrechenden Arbeiten zur Synthetischen Biologie mit dem Forschungspreis der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM) geehrt.

Februar 2017

Das wichtigste internationale Abkommen zum Schutz der Biodiversität ist das im Jahre 1992 in Rio de Janeiro verabschiedete Übereinkommen der Biodiversitätskonvention (Convention on Biological Diversity, CBD). Im Dezember 2016 fand der 13. UN-Artenschutzgipfel in Cancun (Mexiko) der CBD statt. Eine Expertengruppe (Ad Hoc Technical Expert Group on Synthetic Biology) soll nun den Zusammenhang zwischen dem Schutz der Biodiversität und der Synthetischen Biologie bearbeiten. Unter anderem soll die Expertengruppe die neuen technologischen Entwicklungen in der Synthetischen Biologie beobachten und beurteilen, ob diese Entwicklungen zu Einwirkungen auf die Biodiversität führen können. Auch sollen jegliche lebenden Organismen, die bereits mittels Synthetischer Biologie entwickelt wurden oder derzeit erforscht werden, aber laut dem Cartagena Protokoll nicht unter die Definition von lebenden Organismen fallen, identifiziert werden. Zum Nutzen und zu nachteiligen Effekten von Komponenten oder Produkten der Synthetischen Biologie sollen Informationen für die Risikobeurteilung erfasst werden. Um potentiell negative Effekte auf den nachhaltigen Umgang mit der Biodiversität zu vermeiden, sollen Maßnahmen für den sicheren Gebrauch und Umgang mit Organismen, Komponenten und Produkten der Synthetischen Biologie erörtert werden.

Februar 2017

Ein Hauptthema der so genannten Bio-Hacker ist die Synthetische Biologie. Biohacking wird insbesondere in nicht abgesicherten privaten Räumlichkeiten (z.B. in Küchen, Kellern, Garagen oder Gemeinschafts-Labors) ausgeübt. Nun warnt das Deutsche Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL), dass sich Bio-Hacker unter Umständen strafbar machen, da für ihre Experimente das Gentechnikrecht gelten könne, falls die Organismen gentechnisch verändert sind. Solche Arbeiten dürfen laut dem deutschen Gentechnikgesetz nur in geeigneten, behördlich überwachten Laboratorien unter Aufsicht eines sachkundigen Projektleiters ausgeführt werden. Ein Zuwiderhandeln kann eine Geldbusse von bis zu fünfzig tausend Euro zur Folge haben und im Falle einer Freisetzung von gentechnisch veränderten Organismen droht sogar eine Freiheitsstrafe von bis zu drei Jahren.

Februar 2017

Der so genannte genetische Code ist universell und gilt für alle Lebewesen. Er bezeichnet die Regeln, aufgrund derer die DNA-Sequenz (d.h. die Abfolge der Basen in der DNA) in eine Aminosäuresequenz übersetzt wird, wobei eine bestimmte Abfolge von drei DNA-Nukleinbasen für eine bestimmte Aminosäure kodiert wird. In der DNA werden ausschließlich die vier Nukleinbasen A (Adenin), G (Guanin), C (Cytosin) und T (Thymin) verwendet. Bioethics.com berichtet, dass die Wissenschaft einen 60-jährigen Traum verwirklicht hat: Die technische Produktion von Leben mit einem fremdartigen, synthetischen genetischen Code und stellt die Frage: Was geschieht, wenn wir zu den vier Buchstaben zwei neuartige hinzufügen? Die Möglichkeiten seien enorm, wenn zwei neue Buchstaben zu einer Sprache aus vier Buchstaben hinzugefügt werden. Der Biologe Romesberg sieht die Entwicklung optimistisch und meint dazu: “Wir könnten Lebewesen entwickeln, welche Öl „essen“ und damit Ölverschmutzungen sanieren oder welche in spezifische Gewebe oder Organe eindringen, um dort lokal gewisse Medikamente abzugeben.“ Allerdings muss für eine Verwendung von solchen unnatürlichen Lebewesen gesichert werden, dass sie keine unbeabsichtigten Konsequenzen mit sich bringen und ihre Eigenschaften nicht auf andere Lebewesen übertragen.

Dezember 2016

Die Convention on Biological Diversity CBD (Biodiversitätskonvention) arbeitet daran eine Arbeitsdefinition des Begriffs „Synthetische Biologie“ zu verabschieden. Eine technische Expertengruppe hatte eine Version erarbeitet, auf die man sich bei den Zwischenverhandlungen im April 2016 in Montreal nicht einigen konnte. Besonders Länder mit grossen Biotechnologiefirmen wehren sich gegen eine Definition, die bestimmte Techniken in eine Definition klar einschliesst und damit eine Regulierung nach sich ziehen würde. Vom 4. bis 17. Dezember 2016 tagten nun die Vertragsstaaten der UN-Biodiversitätskonvention CBD (COP 13) parallel mit denen des Nagoya-Protokolls (COP-MOP 2) und des Cartagena-Protokolls (COP-MOP 8). Man konnte sich auf eine (vorläufige, operationelle) Definition einigen (UNEP/CBD/COP/13/L34): “Synthetic biology is a further development and new dimension of modern biotechnology that combines science, technology and engineering to facilitate and accelerate the understanding, design, redesign, manufacture and/or modification of genetic materials, living organisms and biological systems”.

Juli 2016

Tyagi et al. (2016) publizierten einen Reviewartikel unter dem Titel: „Synthetic Biology: Applications in the Food Sector“. Die Autoren sind der Meinung, dass die Synthetische Biologie das Potential hat, das globale Lebensmittelsystem zu revolutionieren. Dazu würden auch synthetisch biologische Neuerungen in der Landwirtschaft gehören (wie beispielsweise Krankheitsbekämpfung, Biosensoren für die Detektion von Pathogenen oder neue Pestizide). Insgesamt hätten die Anwendungen der Synthetischen Biologie in der Landwirtschaft, der Medizin sowie bei Lebensmitteln und Kosmetika dazu geführt, dass nun die Synthetische Biologie ihren Einfluss auf die Lebensmittelindustrie weiter ausbreitet. Ein Beispiel sei die Milchproduktion, wo synthetische Eiweisse eine nutzbringende Wertsteigerung für die Konsumenten bringen können. Im Abstract der Publikation betonen die Autoren, dass mögliche Gefährdungen bei der Nutzung von Synthetischem Leben in der Wissenschaft und Politik beachtet werden müssen, um eine sichere Praxis im sich stets ausweitenden Feld der Synthetischen Biologie zu garantieren.

März 2016

Forscher des J. Craig Venter Institute berichten in der renommierten Zeitschrift Science über das Design und die Synthese eines minimalen bakteriellen Genoms. Die Wissenschaftler haben das Genom der synthetischen Zelle so weit wie nur möglich auf die essentiellen Gene für Leben reduziert. Bereits im Jahre 2010 gelang es ihnen, das Genom des Bakteriums Mycoplasma mycoides chemisch zu synthetisieren, welches nach Implantation in die DNA-freie Hülle des Bakteriums Mycoplasma capricolum funktionierte und sich replizierte. Sie nannten diese Bakterienzelle mit einer Grösse von 1079 Kilobasen JCV-syn1.0. Jetzt wurde dieses Genom auf 531 Kilobasen (531’560 Basenpaare) reduziert und enthält noch 473 Gene. Dieses synthetische Bakterium (JCV-syn3.0) enthält lediglich Gene für die Schlüsselprozesse, aber auch 149 Gene von unbekannter Funktion. Das Genom ist kleiner als jedes der bisher gefundenen, autonom replizierenden Zellen in der Natur.

Dezember 2015

Ein wissenschaftliches Komitee der Europäischen Kommission publiziert eine Stellungnahme zur Synthetischen Biologie mit dem Titel “Final Opinion on Synthetic Biology III: Risks to the environment and biodiversity related to synthetic biology and research priorities in the field of synthetic biology”. Das Dokument bezieht sich auf spezifische Umweltrisiken durch Organismen der Synthetischen Biologie und identifiziert die hauptsächlichen Wissenslücken, welche für eine vertrauenswürdige Risikobeurteilung beachtet werden müssten. Die Empfehlungen des Komitees gelten für die nähere Zukunft und sollen nach einigen Jahren überarbeitet werden.

Juni 2015

Das Woodrow Wilson Center eröffnet ein Inventar zu Produkten und Anwendungen der Synthetischen Biologie. Nach mehr als 20 Jahren von Forschung würden Anwendungen der Synthetischen Biologie an kommerzieller Nutzung gewinnen. Aber es sei schwierig festzustellen, welche und wie viele Produkte der Synthetischen Biologie auf dem Markt sind oder in nächster Zukunft den Markt erreichen würden. Das Inventar sei zwar nicht vollständig, würde aber den Konsumenten den bestmöglichen Einblick über die Firmen und Marktprodukte erlauben.

Mai 2015

Als genetischer Code werden die Regeln bezeichnet, aufgrund derer die Abfolge der Basen in der DNA in eine Aminosäuresequenz übersetzt wird. Eine bestimmte Abfolge von drei DNA-Basen kodiert für eine bestimmte Aminosäure. Aminosäuren sind die Bausteine der Proteine. Somit kann aus einem DNA-Abschnitt (einem Gen) der Bauplan eines Proteins abgelesen und umgesetzt werden. Der genetische Code ist universell und gilt für alle Lebewesen. Forscher der Synthetischen Biologie versuchen seit Jahren das genetische „Alphabet“, das aus den vier Buchstaben Cytosin („C“), Guanin („G“), Adenin („A“) und Thymin („T“) besteht, zu erweitern. Nun haben Forschungsgruppen von zwei neuartigen Nukleotiden (sie nennen sie „Z“ und „P“) mit denselben Eigenschaften berichtet. Diese könnten zukünftig die Entwicklung völlig neuer Eiweisse für medizinische Zwecke ermöglichen. Die Forscher fanden heraus, dass mehrere der neuen Nukleodid-Paare - genau wie C-G und A-T Paare - eine Doppelhelix formen können, welche genauso flexibel und robust ist wie natürliche DNA. Die Wissenschaftler zeigten auch, dass neuen Nukleodid-Paare mit natürlichen Nukleotiden kombiniert werden können, und dass DNA, die aus den 6 Buchstaben besteht, sich evolutiv weiterentwickeln kann.

März 2015

TA-SWISS, das Zentrum für Technologiefolgen-Abschätzung, führt in Bern einen Workshop zur Synthetischen Biologie durch. TA-SWISS hat die Berichterstattung über das neue Forschungsgebiet untersuchen lassen und will Themen diskutieren wie etwa: Welche grundlegenden Prinzipien stehen hinter der Synthetischen Biologie, und werden sie in der Berichterstattung der Massenmedien zutreffend wiedergegeben? Welche Sprachbilder kommen zum Einsatz, um das neue Wissenschaftsgebiet zu veranschaulichen? Wie wird im Labor mit Produkten der Synthetischen Biologie umgegangen? Aus welchen Gründen wird an ihr Kritik geübt – und ist es überhaupt vorstellbar, dass Synthetische Biologie zum Schutz der Umwelt beitragen kann?

August 2014

Die Firma Häagen-Dazs will Vanillearoma mittels Synthetischer Biologie in Eis einführen. Wegen einer Emailkampagne von Friends of the Earth und anderen NGO haben einige amerikanische Eishersteller, darunter General Mills und Nestlé erklärt, sie würden auf diese künstlichen Aromen verzichten.

Juni 2014

Waschmittel mit Algenöl aus Produktion mit Synthetischer Biologie geraten unter Kritik. Der belgische Wasch- und Reinigungsmittelhersteller Ecover hatte angekündigt, Palmöl in seinen Produkten teilweise durch Algenöl zu ersetzen. Produziert wird das Öl von Algen, deren Genom mittels Techniken der Synthetischen Biologie verändert wurde. In einem offenen Brief an Ecover fordern NGOs, diesen Entscheid für den Einsatz von Produkten aus „extremer Gentechnik“ zu überdenken.

Mai 2014

Die Zeitschrift Nature widmet der Synthetischen Biologie eine Spezialausgabe. Seit dem Aufkommen der Synthetischen Biologie sind 15 Jahre vergangen und man versucht seit dann, den Zellen neue Fähigkeiten zu verleihen. Mit der Synthetischen Biologie wurden die Grenzen der Biologie, welche die Natur vorgibt, durchbrochen. Mit den Werkzeugen der Synthetischen Biologie sei eine Freiheit des Designs von lebenden Organismen für die Biologen aufgekommen und selbst das Gesetz der Natur über die vier Buchstaben des DNA-Alphabets werde nun verändert.

Januar 2014

Hayden (2014) gibt in der renommierten Zeitschrift Nature einen Überblick über den Stand und die Trends von Produkten, welche mittels Synthetischer Biologie erzeugt werden. Der Artikel bezieht sich zuerst auf die Schweizerfirma Evolva aus Reinach, welche mit synthetisch hergestelltem Vanillin den ersten Lebensmittelzusatz der Synthetischen Biologie in die Supermärkte bringen will. Andere zu erwartende Produkte sind weitere Aromastoffe (Orange, Grapefruit) für Parfüms und Kosmetika. Eine wesentliche Produktionsabsicht liegt bei Feinchemikalien, darunter neue Biokraftstoffe oder erdölbasierende Produkte. Hoch im Trend – so auch bei Evolva – sind kalorienfreie Süssstoffe, unter anderem zur Verwendung in Cola-Getränken. Der Autor betont, es sei unklar, wie diese Produkte bei den KonsumentInnen ankommen werden. NGOs wie Friends of the Earth würden sich bereits kritisch äussern. Allerdings, so der Autor, müssten die Produkte nicht deklariert werden, da der mit Synthetischer Biologie manipulierte Organismus im Endprodukt nicht mehr vorhanden sei. Trotzdem sei der Übergang zu Lebensmittelprodukten eine Gefahr für die Akzeptanz der Synthetischen Biologie wegen der Ablehnung durch Konsumenten und Konsumentinnen.

September 2013

Die NGO Friends of the Earth berichtet kritisch über die Produktion von einem Vanille-Aromastoff, der mittels Synthetischer Biologie hergestellt wurde. Die „Synbio vanilla“ soll das natürliche Vanillin aus den Kapselfrüchten der Gewürzvanille ersetzen. Produziert wird die synthetische Vanille durch Verwendung synthetischer DNA und gentechnisch veränderter Hefe. Es ist der erste Lebensmittelzusatz, der mit Synthetischer Biologie produziert wurde und als „natürlich“ gekennzeichnet wird.

Juli 2012

Valentine et al. (2012) kommen zur Aussage, dass die Atomspaltung und die Synthetische Biologie gemeinsame Charakteristika teilen. Als am 16. Juli 1945 in der Wüste von New Mexico die erste Atombombe explodierte, fand ein entscheidender Moment in der Geschichte der Physik statt, welche unausweichlich die Welt veränderte. Als im Jahre 2010 das J. Craig Venter Research Institute in den USA das erste künstlich geschaffene, synthetische Genom in eine entleerte Mykoplasmazelle einfügte, wurde erstmals gezeigt, dass neue, vom Menschen geschaffene Organismen überleben und sich reproduzieren können. Dieses kolossale Resultat der Biologie stellen die Autoren historisch auf dieselbe Stufe des wissenschaftlichen Fortschritts wie derjenige der ersten Atombombe. Beide Entwicklungen können, so die Autoren, weitreichende Folgen für die Gesellschaft, die Wissenschaft und die Politik haben.

März 2012

James Collins, der als einer der Gründer der Synthetischen Biologie angesehen wird, beschreibt in einem Artikel der Zeitschrift Nature, dass Forscher in der Synthetischen Biologie Gene und Proteine als Bausteine verwenden und macht den Vergleich mit Lego-Bausteinen, mit denen Kinder verschiedene Strukturen aufbauen können. Vergleichbar gelingt es der Synthetischen Biologie, mit biologischen Bausteinen neuartige Zellen und neue Funktionen der Zellen zu schaffen. Damit können Organismen mit neuen Merkmalen kreiert werden. Collins nennt als Beispiele Bakterien, welche Ölverunreinigungen reinigen können, Pflanzen, die infektionsfrei bleiben oder Zellen, welche neuartige Materialien produzieren.

September 2011

Die renommierte Wissenschaftszeitschrift Science publiziert ein Spezialheft zur Synthetischen Biologie. In der Einleitung wird festgehalten, dass Biologen das Genom seit der Entdeckung der DNA-Moleküle im Jahre 1972 manipulieren. Trotz zunehmenden Kenntnissen seien dem Machbaren aber noch Grenzen gesetzt. Doch jetzt erweitere die Synthetische Biologie die bisherige Beschränkung auf Eingriffe einzelner Gene und werde die Konstruktion ganzer DNA-kodierter Stoffwechselwege ermöglichen, welche sodann für die Kontrolle des Zellverhaltens programmiert werden können.

Mai 2010

Das J.C. Venter Institute berichtet über die erste selbstreproduzierende synthetische Bakterienzelle (Mycoplasma mycoides).

Januar 2008

Das Craig Venter Institut stellt erstmals das Erbmaterial eines Bakteriums rein synthetisch her. Nachgebaut wurde das Genom des Bakteriums Mycoplasma genitalium, welches das kleinste bisher bekannte Genom (582’970 Basenpaaren) eines kultivierbaren Bakteriums aufweist.

Oktober 2005

Das Erbgut des Spanischen Grippevirus 1918, das in den Jahren 1918-1919 20 bis 50 Millionen tötete, wurde teilweise rekonstruiert. Das synthetisierte Virus reproduziert sich, ist virulent und pathogen.

  • externer Link: Science (Abstract)

November 2003

Ein Forscherteam rund um Craig Venter baut in nur 14 Tagen den Bakteriophagen Phi-X174 zusammen.

August 2002

US-Forscher stellen erstmals de novo den Erreger der Kinderlähmung (Poliovirus) künstlich her. Die zur Synthese verwendeten Bausteine stammten aus einer öffentlichen Datenbank. Das synthetische Virus zeigte pathogene Eigenschaften des natürlichen Poliovirus.

bearbeitet Bild News SynBio Bierhefe 210317Elektronenmikroskopische Aufnahme der Hefe Saccharomyces cerevisiae. Bild: Jef D. Boeke and Sarah Richardson, Johns Hopkins University

Einem grossen Zusammenschluss von Forschern ist es gelungen, fünf Hefechromosomen vollständig synthetisch herzustellen (Synthetic Yeast Genome Project). Ihre Resultate haben sie in der renommierten Zeitschrift Science am 10. März 2017 publiziert. Die Grösse der fünf synthetischen Hefechromosomen entspricht ungefähr 3.5 Millionen Basenpaaren von insgesamt 12 Millionen Basenpaaren der Hefe Saccharomyces cerevisiae. Die Arbeit gilt als ein signifikanter Meilenstein auf dem Weg zur künstlichen Schaffung eines vollständigen eukaryotischen Genoms. Eukaryoten umfassen Lebewesen, die aus Zellen mit einem echten Zellkern aufgebaut sind.

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Auf die Entschlüsselung der 3 Milliarden Basenpaare des Humangenoms soll die Synthese eines künstlichen Humangenoms folgen. Bild: de.wikipedia.org.

Im Mai 2016 trafen sich an der Harvard Medical School in Boston gegen 150 Wissenschaftler, Anwälte und Unternehmer. Hinter geschlossenen Türen wurde diskutiert, ob es wünschbar und machbar sei, ein menschliches Genom von Grund auf künstlich zu synthetisieren und damit die Voraussetzungen für einen Menschen aus dem Labor zu schaffen. Vorangegangen war das 1990 lancierte Humangenomprojekt, welches das Ziel hatte, das Genom des Menschen vollständig zu entschlüsseln, das heisst die Abfolge der etwa 3 Milliarden Basenpaare der menschlichen DNA auf ihren einzelnen Chromosomen zu identifizieren. Im Jahr 2001 wurde die vollständige Sequenzierung des menschlichen Genoms verkündet und das Jahr 2003 gilt als der Zeitpunkt der endgültigen Fertigstellung der Entschlüsselung des Humangenoms (heute bezeichnet als Human-Genome-Project Read (HGP-Read)).

20092016Synthetische Biologie Supermarkte1
Sortieren von Vanilleschoten auf Madagaskar. Nur noch etwa 1% des heute verwendeten Vanille-Aromas ist echte Vanille.
Bild: en.wikipedia.org. Photo by Jonathan Talbot, World Resources Institute. 2001.

Der Synthetischen Biologie liegt die Idee zugrunde, dass sich Lebewesen kontrolliert und zielgerichtet umbauen bzw. konstruieren lassen. Mit der Synthetischen Biologie werden anders als bei der klassischen Gentechnik nicht einzelne, aus Spenderorganismen isolierte, Gene in einen Empfängerorganismus übertragen, sondern es werden ganze biologische Elemente wie Stoffwechselwege in Mikroorganismen (bspw. Hefe) eingefügt. Zellen, die mit Hilfe von Synthetischer Biologie zu biologischen Fabriken umgewandelt wurden, sollen Produkte liefern, die von der Kosmetik, über Waschmittel bis zu Lebensmittelzusätzen reichen.

16.6.2010 | Synthetische Biologie

Bild_Testbiotech
Bild: www.ekah.admin.ch

Der Verein Testbiotech will eine breite gesellschaftliche Debatte zur Synthetischen Biologie anstossen und verlangt, dass angesichts der Möglichkeit, künstliche Lebensformen zu schaffen, striktere Gesetze zum Schutz von Mensch und Umwelt und ein Verbot der Freisetzung von synthetischen Lebewesen. Firmen und Forschungseinrichtungen sollen durch ein Überwachungssystem erfasst werden. Bis entsprechende gesetzliche Regelungen beschlossen sind, soll ein Moratorium für staatliche Förderung in Kraft treten. Ein Grundlagenbericht zum Thema Synthetische Biologie gibt unter anderem einen Überblick über deren Risiken sowie die Forschungsaktivitäten deutscher Firmen und Grundlagen neuer Schutzkonzepte.

externer Link: Testbiotech
externer Link: Grundlagenbericht
externer Link: Aufruf zum Schutz der Umwelt vor Synthetischen Organismen