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Europäische Wissenschaftler haben mit einem Projekt begonnen, einfache Lebensformen im Labor von Grund auf zu schaffen, indem sie theoretische und experimentelle Fortschritte im schnell wachsenden Bereich der synthetischen Biologie nutzen.
Die Forscher zielen darauf ab, ausgehend von unbelebten Chemikalien metabolisch aktive Zellen zu erzeugen, die wachsen, sich teilen und innerhalb von sechs Jahren „darwinistische Evolution“ zeigen.
Das 13 Mio. € teure „MiniLife“-Projekt, das vom Europäischen Forschungsrat finanziert wird und Biologen und Chemiker von mehreren Universitäten umfasst, könnte das erste weltweit sein, das die Mindestkriterien für ein synthetisches Lebewesen erreicht.
„Erfolg wäre ein Meilenstein in der Grundlagenforschung“, sagte Eörs Szathmáry, Direktor des Zentrums für die Konzeptuellen Grundlagen der Wissenschaft an der Parmenides Foundation in Deutschland, der Hauptermittler des ERC-Grants ist. „Die neuartige Schaffung von Lebenssystemen ist ein lang gehegter Traum der Menschheit.“
John Sutherland, der an der Chemie des frühen Lebens am MRC Laboratory of Molecular Biology in Cambridge arbeitet, sagte, dass das Projekt Teil einer weltweiten Anstrengung sei, „minimale Lebenssysteme zu schaffen“.
Sutherland, der nicht am MiniLife-Projekt beteiligt ist, fügte hinzu: „Dies geschieht aufgrund des beständigen Wunsches, zu verstehen, wie das Leben auf der Erde entstanden ist und ob es auch anderswo im beobachtbaren Universum entstanden sein könnte.“
Andere Forscher für künstliches Leben arbeiten mit den bekannten Bausteinen des Lebens auf der Erde, insbesondere den Nukleotiden, die die Ribonukleinsäure bilden. Das ERC-Projekt zielt darauf ab, wirklich von Grund auf zu beginnen, ohne Moleküle zu verwenden, die selbst Produkte der Evolution sind.
„Wir abstrahieren von bekannten Lebensformen, weil sie hochentwickelte Kreaturen sind“, sagte Szathmáry, „und vereinfachen, um zu einer minimalistischen Formulierung zu gelangen.“
Die MiniLife-Forscher bewerten vier Systeme, die individuell oder in Kombination zu einer Grundlage für minimales Leben entwickelt werden könnten. Alle sind „autokatalytisch“, eine Eigenschaft, die für die Selbstreplikation unerlässlich ist, bei der eine chemische Reaktion durch ihre eigenen Produkte katalysiert wird.
Eine Möglichkeit ist die Formose-Reaktion. Der Prozess, der im 19. Jahrhundert entdeckt wurde, wandelt eine extrem einfache Chemikalie, Formaldehyd, in eine zunehmend vielfältige und komplexe Serie von Zuckermolekülen um. Wenn die Reaktion mit Formaldehyd gefüttert wird, variiert das Verhalten der Tropfen je nach Zusammensetzung der Zucker in ihnen.
„Einige wachsen schneller und teilen sich schneller als andere“, sagte Andrew Griffiths, ein MiniLife-Forscher an der École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles in Paris. „Wir erhalten etwas, das in der Biologie dem Fitnessäquivalent entspricht, wie eine Mischung aus langsam wachsenden und schnell wachsenden Bakterien, aber in einem sehr einfachen chemischen System.“
Das auf der Formose basierende System muss eine zuverlässige Vererbbarkeit aufweisen – das Weitergeben erworbener Eigenschaften von einer Generation zur nächsten – möglicherweise in Verbindung mit einem der anderen bewerteten Systeme.
Die sechsjährige Zeitspanne ist ehrgeizig, sagte Griffiths, der optimistisch ist, dass das Projekt in der Lage sein wird, „rudimentäre darwinistische Evolution zu demonstrieren“. Als Minimum würde dies ein System umfassen, das zwischen zwei vererbbaren Zuständen in unterschiedlichen Umgebungen wechseln kann, analog zum berühmten Birkenspanner, dessen Flügel weiß sind in sauberen Umgebungen und schwarz, wenn er in verschmutzten Orten mit dunklen Oberflächen lebt.
Sijbren Otto, Professor für Systemchemie an der Universität Groningen und ein weiteres Mitglied des MiniLife-Teams, sagte, seine Hauptmotivation sei die „Faszination für die Natur und den Ursprung des Lebens. Obwohl die Moleküle, die wir entwickeln, wahrscheinlich nicht diejenigen sind, aus denen das Leben auf der präbiotischen Erde vor 3,8 Mrd. Jahren entstanden ist, werden die Mechanismen, die wir enthüllen möchten, sehr relevant sein, um zu verstehen, was damals passiert ist.“
Letzten Monat warnte eine internationale Gruppe von Forschern vor den „beispiellosen Risiken“, die durch einen anderen Bereich der synthetischen Biologie entstehen. Sie sagten, dass „Spiegel-Leben“ – hergestellte Bakterien, die strukturelle Spiegelungen natürlicher Mikroben sind – die Verteidigungen von Menschen, anderen Tieren und Pflanzen überwältigen könnten.
Auf die Frage nach der Sicherheit des MiniLife-Projekts sagte Otto, dass seine Schöpfungen „äußerst unwahrscheinlich sind, außerhalb sehr kontrollierter Laborbedingungen lebensfähig zu sein“ und keinerlei Risiko für die Öffentlichkeit darstellen.
Das Team arbeitet jedoch mit Experten zusammen, um einen ethischen Rahmen für die Forschung zu entwickeln. „Jetzt ist die Zeit gekommen, viel weiter zu denken, wohin die Forschung wahrscheinlich führen wird“, sagte Otto.