Synthetische DNA

US-Forscher bauen Chromosom der Bäckerhefe nach

28.03.2014 13:34

US-Forscher ist es jetzt erstmals gelungen, ein vollständig funktionales Chromosom der Backhefe (Bild) künstlich nachzubauen. Die synthetische DNA sei voll funktionsfähig, Hefezellen mit ihm würden sich nicht von natürlichen unterscheiden, berichten sie Fachjournal "Science". Ziel sei es, künftig Lebewesen zu entwerfen, die bestimmte Kraftstoffe, Arzneimittel oder andere Substanzen herstellen.

Das Forscherteam um Jef De Boeke von der Johns Hopkins University in Baltimore (Maryland) baute das Chromosom III der gewöhnlichen Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) nach - das drittkleinste seiner insgesamt 16 Chromosomen. Die Abfolge seiner Bausteine - insgesamt besteht es aus über 316.000 solchen Basenpaaren - ist bereits seit über 20 Jahren bekannt. Aus dieser Sequenz entfernten die Forscher im Computer zunächst alle überflüssigen oder sich wiederholenden Abschnitte. Und sie fügten zur ursprünglichen Abfolge aber auch einige Basenpaare hinzu, die als Markierung dienten oder dazu, bestimmte Gene später zu löschen oder zu verändern.

Nachbau dauerte sieben Jahre
Anschließend machten sie sich daran, das Chromosom basierend auf dieser Sequenz zu synthetisieren. Die gesamte Konstruktion dauerte sieben Jahre. Das fertige "snyIII" (synthetisches Chromosom III, Anm.) ist mit gut 272.000 Bausteinen zwar etwas kleiner als sein natürliches Gegenstück, funktioniert aber offenbar ganz gleich.

Hefezellen mit dem synthetischen Chromosom unterschieden sich laut Angaben der Forscher nicht von den rein natürlichen Vorbildern. "Wenn man das Genom verändert, ist das ein Glücksspiel. Eine falsche Veränderung und die Zelle stirbt", sagte De Boeke. "Wir haben über 50.000 Veränderungen in dem Chromosom vorgenommen und unsere Hefe lebt immer noch. Das ist bemerkenswert."

In weiteren Versuchen testeten die Wissenschafter, welche der Gene unter bestimmten Bedingungen für das Überleben der Hefe notwendig sind. Dies gehört zu den Grundfragen beim Nachbau von Lebewesen in der synthetischen Biologie. "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", schreiben die Wissenschaftler.

Erstmals DNA eines Eukaryonten synthetisiert
Dank der raschen technologischen Fortschritte und der sinkenden Kosten bei der Synthese von DNA haben Forscher in den vergangenen Jahren bereits einige bakterielle Chromosomen und Erbgut von Viren im Labor nachgebaut, bis dato aber noch nie die eines sogenannten eukaryotischen Lebewesens. Unter diesem Begriff werden Lebewesen mit einem Zellkern in den Zellen zusammengefasst - etwa Pflanzen, Tiere oder Pilze. Sie werden in der Biologie von den Prokaryoten unterschieden, zu denen Bakterien und Archaebakterien gehören.

Das Chromosom III umfasst nur 2,5 Prozent der insgesamt zwölf Millionen genetischen Buchstaben des Erbguts von Saccharomyces cerevisiae. Doch schon diesen Teilerfolg bezeichnen die Forscher selbst als "bisher größten Schritt in den internationalen Bemühungen, das Hefe-Genom vollständig nachzubauen".