Die erste synthetische Hefe wurde gewonnen, wobei etwa die Hälfte der Chromosomen im Labor hergestellt wurde. Nach Viren und Bakterien ist es der synthetischen Biologie zum ersten Mal gelungen, das Genom eines Eukaryoten umzuschreiben, eines komplexen Organismus, der zum gleichen Lebensbereich gehört wie Säugetiere. Das Ergebnis, das in einer Reihe von Artikeln in den Fachzeitschriften Cell, Molecular Cell und Cell Genomics veröffentlicht wurde, wurde vom internationalen Synthetic Yeast Genome Project erzielt, das sowohl für die Forschung revolutionäre Möglichkeiten bietet, da es zum besseren Verständnis natürlicher DNA beitragen wird, als auch für Mögliche Anwendungen in vielen Bereichen, von der Industrie bis zur Biomedizin.
Das Bierhefe-Betriebssystem wurde neu geschrieben
„Wir haben das Betriebssystem der Bierhefe neu geschrieben und damit eine neue Ära für die Biotechnik eingeläutet. „Wir sind von der Optimierung einer Handvoll Gene zum völligen Design und Aufbau ganzer Genome übergegangen“, sagte Patrick Yizhi Cai von der University of Manchester, einer der Hauptautoren von zwei der vom Synthetic Yeast Genome Project veröffentlichten Artikel. Die Forscher entwarfen die DNA von Saccharomyces cerevisiae, der gewöhnlichen Bierhefe, einem eukaryotischen Organismus, der sich durch das Vorhandensein eines klar definierten Kerns auszeichnet, in dem sich das genetische Material befindet.
Synthetische Hälfte des Genpools
Die Bedeutung des nun erreichten Ziels, das Ergebnis 10-jähriger Arbeit, liegt gerade in der Komplexität des Zelltyps, in den es den Forschern gelungen ist, das synthetische genetische Material zu integrieren. Und in großen Mengen: der halbe Genpool. Ausgangspunkt waren einzelne synthetische Chromosomen in Hefepopulationen, also Zellen mit 15 natürlichen und einem synthetischen Chromosomen. Anschließend kreuzten sie die Populationen gemeinsam, selektierten nach jedem Schritt nur die Zellen, in denen zwei synthetische Chromosomen vorhanden waren, und setzten diese Selektion fort, bis Hefen mit 50 % synthetischer DNA erhalten wurden.
Ziel: natürliche DNA künstlich zu replizieren
Eine Methode, die es uns ermöglichte, schrittweise voranzukommen, die vielen möglichen Fehler in den künstlichen Gensequenzen zu begrenzen, die zum Absterben von Zellen geführt hätten, und ein Ziel zu erreichen, das zuvor unmöglich war. Ziel ist es nun, natürliche DNA künstlich zu replizieren, um noch wenig verstandene Aspekte zu untersuchen, darunter die Funktionen der sogenannten Junk-DNA, die nicht aktiv zur Proteinerzeugung genutzt wird.
Das Genom eines Eukaryoten wurde von Grund auf neu geschrieben
Die wichtigsten Entdeckungen, sagen die Forscher, stammen aus dem „Debugging“, also der Korrektur kleiner Fehler in synthetischer DNA. „Obwohl wir schon seit einiger Zeit in der Lage sind, Gene zu verändern, ist es uns noch nie gelungen, das Genom eines Eukaryoten von Grund auf zu schreiben.“ Diese Arbeit ist von grundlegender Bedeutung für unser Verständnis der Bausteine des Lebens und hat das Potenzial, die synthetische Biologie zu revolutionieren“, sagte Patrick Cai, Experte für synthetische Genomik an der Universität Manchester.