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| (Entwicklungslabor: Symbolbild ) |
In einem bemerkenswerten wissenschaftlichen Durchbruch haben Forscher erstmals lebensfähige Hefezellen mit einem teilweise künstlich hergestellten Erbgut erschaffen. Dies stellt einen wichtigen Schritt in der synthetischen Biologie dar, da es sich um die ersten halbsynthetischen Zellen eines Eukaryoten handelt – einer Zellart, zu der auch menschliche Zellen gehören.
Die Hefezellen enthalten siebeneinhalb Chromosomen, die vollständig im Labor aus DNA-Bausteinen und Hüllstrukturen zusammengesetzt wurden. Dieses Projekt, das von einem internationalen Forschungsteam durchgeführt wurde, zielt darauf ab, einen eukaryotischen Organismus mit einem vollständig synthetischen Genom zu schaffen.
Die synthetische Biologie strebt danach, maßgeschneiderte Lebensformen mit einem komplett im Labor erzeugten Erbgut zu entwickeln. Diese „Designer-Genome“ sollen nicht nur eine präzisere Manipulation von Zellen und Organismen ermöglichen, sondern auch tiefere Einblicke in die Struktur und Funktion des Erbguts bieten.
Bereits 2010 gelang es Wissenschaftlern, einfache Bakterienzellen mit einem künstlichen Genom zu versehen. Die Herausforderung bei Eukaryoten liegt jedoch in der komplexeren Struktur ihres Genoms, das in mehreren Chromosomen organisiert und in Hüllstrukturen verpackt ist.
Das Projekt, bekannt als Synthetic Yeast Project (Sc2.0), hat es sich zum Ziel gesetzt, alle 16 Chromosomen einer Hefezelle synthetisch zu reproduzieren. Bislang haben die Forscher sieben vollständige und ein halbes Chromosom in lebende Hefezellen eingeschleust. Diese halbsynthetischen Zellen enthalten somit mehr als die Hälfte ihres Erbguts aus künstlich hergestellter DNA.
Die Entwicklung dieser halbsynthetischen Hefe erforderte zahlreiche komplexe Schritte. Verschiedene Teams weltweit arbeiteten an der Konstruktion einzelner Chromosomen, wobei nichtproteinkodierende DNA und viele wiederholte Elemente entfernt wurden. Eine besondere Herausforderung war es, die verschiedenen synthetischen Chromosomen in einer einzigen Zelle zu vereinen, ohne deren Lebensfähigkeit zu beeinträchtigen.
Trotz einiger anfänglicher genetischer „Bugs“, die durch die Kombination der verschiedenen DNA-Einheiten entstanden, konnten die Forscher diese Probleme mithilfe einer modifizierten Version der Genschere CRISPR/Cas9 beheben. Das Ergebnis ist ein Hefestamm, dessen Erbgut zu einem großen Teil aus maßgeschneiderten, im Labor hergestellten Chromosomen besteht.
Diese Forschung bietet nicht nur neue Erkenntnisse über die DNA-Struktur und -Funktion, sondern eröffnet auch neue Möglichkeiten für die Genmanipulation, die von der Entwicklung neuer Mikrobenstämme bis hin zu neuen Ansätzen zur Krankheitsbekämpfung reichen könnten.
Das Synthetic Yeast Project steht kurz davor, eine Hefezelle mit einem vollständig synthetischen Genom zu erschaffen, was einen bedeutenden Fortschritt in der Zellbiologie und Genetik darstellen würde.