Erstmals gelang es Biologen, in einem Labor künstlich Chromosomen nachzubauen. Es ist der erste Schritt zum Erschaffen von komplexen künstlichen Lebewesen, die zum Beispiel Kraftstoffe, Arzneimittel oder andere Substanzen produzieren können.


Hefezellen unter dem Mikroskop
Foto: Millions of Yeast Cells Under The Microscope, Tess Watson, Flickr, CC BY-SA 2.0

Chromosomen: Die Träger der Erbinformationen

Chromosomen tragen die Erbinformationen eines Lebewesens. Sie kommen in jedem Zellkern eines Eukaryoten (Lebewesen mit Zellkernen) vor. Einem Team rund um Jef De Boeke von der Johns Hopkins University in Baltimore gelang es in einem zeitaufwendigen Experiment, die Chromosomen von Hefezellen nachzubauen. Die künstlichen Chromosomen seien von den natürlich vorkommenden nicht zu unterscheiden und voll funktionsfähig.

Genetischer Nachbau eines Chromosoms

Mit dem Nachbau der Hefechromosomen ist es erstmals gelungen, die Chromosomen eines eukaryotischen Lebewesens synthetisch herzustellen. Spezifischer gelang es den Wissenschaftlern, das Chromosom 3 der Hefe nachzubauen. Es handelt sich um das drittkleinste Chromosom der 16 Hefe-Chromosomen. Das Hefe-Chromosom 3 besteht aus 316.000 Basenpaaren, die bereits seit 1995 bekannt sind.


Um das Chromosom nachbauen zu können, entfernten die Wissenschaftler vorerst in einer Simulation am Computer alle überflüssigen oder doppelten Basenpaare. Außerdem wurden sogenannte Marker hinzugefügt. Dabei handelt es sich um Basenpaare, die später als Markierung dienen sollen, um bestimmte Gene im Nachhinein zu verändern oder zu löschen.

Nach der Computersimulation ging es an die tatsächliche Synthese des Chromosoms. Ein Prozess, der äußerst zeitaufwendig war. Die Konstruktion des Chromosoms dauerte ganze sieben Jahre. Mit gut 272.000 Basenpaaren ist das fertige Chromosom mit dem Namen syn3 etwas kleiner als sein Vorbild, aber es erfüllt die gleichen Funktionen. “Wenn man das Genom verändert, ist das ein Glücksspiel. Eine falsche Veränderung und die Zelle stirbt. Wir haben über 50 000 Veränderungen in dem Chromosom vorgenommen und unsere Hefe lebt immer noch. Das ist bemerkenswert”, so De Boeke.

Im nächsten Schritt wollen die Forscher nun bestimmen, welche Gene für das Überleben der Hefe verantwortlich sind. Dies würde eine der elementarsten Fragen beim Kreieren künstlichen Lebens in der synthetischen Biologie beantworten. “Rasche Fortschritte in der synthetischen Biologie in Kombination mit den sinkenden Kosten der DNA-Synthese lassen es bald möglich erscheinen, neue eukaryotische Genome – inklusive Genome von Pflanzen und Tieren – mit synthetischen Chromosomen zu bauen”, beenden die Forscher ihren Bericht.

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