Neuartiges Leben: Erweiterte, programmierbare DNA in lebenden E. coli

Mikroskop, Mikroorganismen, Bakterie Bildquelle: Rocky Mountain Laboratories
Wissenschaftlern ist ein Durchbruch gelungen, der im Grunde die bisherigen Leistungen in der Gentechnik als auch der Robotik in den Schatten stellt: Das Erbmaterial von Bakterien konnte um weitere Code-Basen erweitert werden. Die Bakterien unterscheiden sich so grundlegend von jeder anderen bekannten Lebensform.
Erweiterte DNA: E. coli baut Leucht-ProteinE. coli beleuchten sich
Im Grunde könnte man hier davon sprechen, dass man es mit richtigem künstlich geschaffenen Leben zu tun hat. "Ich würde es zwar nicht als neue Lebensform bezeichnen - von allem bisher bekannten, ist es aber am dichtesten dran", erklärte der Biochemiker Floyd Romesberg, der das Forschungsprojekt leitete. Zum ersten Mal hat eine der Menschheit bekannte Zelle ein Protein zusammengesetzt, bei dem das Muster von mehr als den DNA-Basenpaaren Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin (A,T,G und C) vorgegeben wurde.

Schon seit längerer Zeit arbeiten Wissenschaftler daran, dieses natürliche Modell zu ergänzen. Vor drei Jahren ist es Romesberg und seinen Kollegen bereits gelungen, die beiden zusätzlichen Code-Basen mit den Kurzbezeichnungen X und Y in die DNA einzubauen. Jetzt ist der nächste Schritt geschafft: Das erweiterte Erbmaterial ist in lebende E. coli-Bakterien eingebaut, die dem normalen Tagewerk eines Lebewesens nachgehen können - sie stoffwechseln und vermehren sich. Das geht aus dem in Nature veröffentlichten Paper hervor.

Viermal mehr Kombinationen als in DNS

Die Codierung einer Aminosäure, die mit anderen zu einem Protein zusammengesetzt werden soll, erfolgt über eine Kombination von jeweils drei Code-Basen. Im natürlichen Erbmaterial können so also 64 Aminosäuren kodiert werden (in der Praxis sind es etwas weniger, weil einige Codes für Steuerungsanweisungen benötigt werden). Mit sechs Code-Basen gibt es hingegen 216 Kombinationsmöglichkeiten.

Dies eröffnet den Forschern letztlich die Möglichkeit, das Erbmaterial von Bakterien so zu programmieren, dass diese eine riesige Bandbreite an organischen Materialien produzieren. In den ersten Experimenten wurde ein Code eingebaut, der die E. colis dazu bringt, ein grün floureszierendes Protein zu produzieren, wodurch die Bakterienzellen unter dem Mikroskop auch ohne zusätzliche Lichtquelle sichtbar werden.

Zukünftig will man die neuartigen Lebewesen für komplett neue Fertigungsmöglichkeiten einsetzen. Die Mikroben könnten beispielsweise so programmiert werden, dass sie statt des leuchtenden Eiweißes auch Biokraftstoffe, Kunststoffe oder Medikamente herstellen. Die einzige Voraussetzung wäre vorerst, dass die Materialien aus Eiweißen zusammengesetzt sind. Mikroskop, Mikroorganismen, Bakterie Mikroskop, Mikroorganismen, Bakterie Rocky Mountain Laboratories
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