Durchbruch bei Genforschung: Erstes Leben mit "Alien"-DNA

Die DNA aller Organismen besteht seit Milliarden von Jahren lediglich aus vier Bausteinen: aus den Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin. Jetzt ist es Forschern erstmals gelungen, zwei neue, künstliche Bausteine in das Genom einer lebenden Zelle zu integrieren. Sie haben damit in den biochemischen Bauplan des Lebens eingegriffen und einen Organismus mit einem künstlichen genetischen Code geschaffen - die Wissenschaftler sprechen von einer "Alien"-DNA.

"Was wir jetzt haben, ist eine lebende Zelle, die ein Vielfaches an genetischen Informationen enthält", erklärt Floyd Romesberg, Biochemiker am Scripps Research Institute in La Jolla, Kalifornien im Magazin "Nature". Vielleicht können auf diese Art Mikroben entwickelt werden, die völlig neue Proteine erzeugen. Mediziner erhoffen sich bislang unbekannte Medikamente und Impfstoffe.

Leben basiert auf einfacher Basenfolge

Trotz der ungeheuren Vielfalt des Lebens auf der Erde, basieren alle Organismen - vom primitiven Bakterium bis zum Menschen - auf dem gleichen genetischen Code: Jeder einzelne Strang der DNA-Doppelhelix besteht aus einer Kette von Zuckermolekülen, an die vier unterschiedliche Basen angelagert sind. Es handelt sich dabei um Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin. Eine chemische Verbindung ist nur zwischen Adenin (A) und Thymin (T), sowie zwischen Cytosin (C) und Guanin (G) möglich.

Der genetische Code wird also von den vier Basenpaaren A-T, T-A sowie C-G, G-C gebildet. Die Reihenfolge der Paare legt dann fest, welche Proteine produziert werden - und bestimmt so den Aufbau und die Funktion der Zellen.

Vervielfachung der möglichen Baupläne

Nach 15 Jahren Forschungsarbeit ist es nun gelungen, zwei weitere Basen in einen DNA-Strang einzubauen. In die Helix des Bakteriums Escherichia coli haben die Wissenschaftler die Basen X und Y eingesetzt. Der Organismus akzeptierte den neuen genetischen Code und reproduzierte ihn. Statt vier "genetischen Buchstaben" verfügt diese DNA nun über sechs "Buchstaben".

"Wenn man in einer Sprache eine bestimmte Anzahl von Buchstaben hat und fügt plötzlich weitere Buchstaben hinzu, kann man damit neue Wörter kreieren und neue Inhalte weitergeben", sagt Romesberg. "Wenn Sie ein Buch schreiben und nur vier Buchstaben haben, werden Sie nicht in der Lage sein, viele interessante Geschichten zu erzählen. Wenn Sie mehr Buchstaben zur Auswahl haben, können Sie neue Wörter erfinden und deutlich mehr interessante Geschichten erzählen."

Da die Reihenfolge der Basenpaare den Bauplan für die Zellen liefert, sind plötzlich deutlich mehr Varianten möglich: Konnten aus dem natürlichen genetischen Code mit den vier Basenpaaren bislang etwa 20 Aminosäuren produziert werden, so kann die veränderte DNA mit sechs Basen 172 unterschiedliche Proteine entstehen lassen.

Neue DNA wird vom Organismus akzeptiert

Die große Herausforderung bestand für die Forscher darin, überhaupt Basen zu finden, die von der Zelle einwandfrei akzeptiert wurden. Schließlich sollte der Organismus die Genveränderung nicht nur überleben, sondern auch bei jeder Zellteilung weitergeben. Sie identifizierten schließlich ein Paar von Basen mit der Bezeichnung d5SICS und DNAM, das sich perfekt in die Helix einbauen lässt und wie die natürliche DNA weitervererbt wird.

Mit den Proteinen ließen sich ganz neuartige Arzneien erzeugen, so die Forscher. Kritiker warnen indessen, dass die neuen Lebensformen - sollten sie aus Labors entweichen - unvorhersehbare Konsequenzen für das Leben auf der Erde haben könnten.