16.14: Synthetische Biologie

Die Synthetische Biologie ist eine interdisziplinäre Wissenschaft, bei der Prinzipien aus Disziplinen wie Ingenieurwissenschaften, Molekularbiologie, Zellbiologie und Systembiologie verwendet werden. Es geht um die Umgestaltung bestehender Organismen aus der Natur oder die Konstruktion völlig neuer synthetischer Organismen für Anwendungen wie Protein- oder Enzymproduktion, Bioremediation, Produktion von Makromolekülen mit Mehrwert und das Hinzufügen wünschenswerter Eigenschaften zu Nutzpflanzen, um nur einige zu nennen.

Goldener Reis

Goldener Reis ist eine gentechnisch veränderte Reispflanze, die Getreide produziert, das reich an β-Carotin ist – einer Vorstufe von Vitamin A. Reispflanzen besitzen von Natur aus die Fähigkeit, β-Carotin zu produzieren. Die Produktion findet jedoch nur in den Blättern statt, da Teile des Produktionswegs im Korn ausgeschaltet sind. Die Einfügung von drei Genen, die für Enzyme kodieren – Phytoensynthase, Phytoendesaturase und Lycopin β-Cyclase – in das Genom von Reispflanzen löst die Produktion von β-Carotin in Reiskörnern aus.

Künstliches Genom und Organismus

Die Konstruktion völlig neuer synthetischer Genome ist relativ komplexer als das Genom-Remodeling, und im Laufe der Jahre wurden mehrere Anstrengungen unternommen, um diese Methodik schrittweise zu entwickeln. Im Jahr 2002 wurde das erste künstliche Virusgenom für das Poliovirus synthetisiert. Der große Durchbruch war jedoch die Synthese eines synthetischen Bakteriengenoms von Mycoplasma genitalium im Jahr 2008. M.genitalium wurde als Organismus der Wahl für die Entwicklung dieser Methode ausgewählt, da er eines der kleinsten Genome mit etwa 485 Genen hat, die in ~6.000.000 bp DNA kodiert sind. ~100 dieser Gene waren nicht essentiell und wurden daher eliminiert, um ein minimales synthetisches Genom zu schaffen.

Mit der entwickelten Methodik gingen die Forscher einen Schritt weiter und schufen einen synthetischen einzelligen Organismus. Die Genomsequenz für diesen synthetischen Organismus stammt aus Mycoplasma mycoides. Obwohl die Genomgröße von M. Mycoides ist größer als M.genitalium, es wurde aufgrund seiner schnelleren Wachstumsrate für dieses Experiment ausgewählt.

Die Teilsynthese des Genoms einer Hefe (Saccharomyces cerevisiae) im Jahr 2017 ist die jüngste Ergänzung der Liste der künstlich synthetisierten Genome, und Forscher versuchen derzeit, Genome menschlicher Zelllinien und Genome anderer Pflanzen und Tiere zu synthetisieren. Obwohl die synthetische Biologie unzählige Vorteile hat, gibt es einige ethische Bedenken, die mit ihr verbunden sind. einschließlich des Einsatzes für die Entwicklung biologischer Waffen.