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#1

Dieses Leben ist uns fremd

in Aus der Welt der Wissenschaft 25.01.2017 11:52
von franzpeter | 9.685 Beiträge

Bio-Design
Dieses Leben ist uns fremd
Der Schöpfer hat längst Konkurrenz, und die holt jetzt mächtig auf: Chemiker haben in Bakterienkulturen das Lebensalphabet von vier auf sechs Buchstaben erweitert. Die Kunstkeime gedeihen prächtig.
24.01.2017, von Joachim Müller-Jung



© dpa

Escherichia coli
Ob das einen Chemie-Nobelpreis verdient? In Kalifornien, am berühmten Scripps Research Institute, nicht weit von einem der schönsten Strände des Sonnenstaates, arbeiten Floyd Romesberg und seine Kollegen schon seit 15 Jahren an einem ehrgeizigen, geradezu faustischen Plan: Neue Lebensformen sollen entstehen - Organismen, wie man sie auf Erden bisher nicht kennt. Exotische Lebewesen, die biochemisch völlig anders konstruiert sind als alles, was seit Anbeginn der biologischen Evolution vor gut dreieinhalb Milliarden Jahren auf dem Planeten gedeiht. Chemiker wie Romesberg sind da dran, aber auch Ingenieure, die man der „synthetischen Biologie“ zuordnen muss und die inzwischen weltweit aktiv sind.


© dpa

Ein 3D-Modell einer DNA-Doppelhelix: In der Abfolge der vier Bausteine (in der Mitte der Helix), die sich jeweils paarweise miteinander verbinden, ist die Bauanleitung der Gene kodiert.

Autor: Joachim Müller-Jung, Redakteur im Feuilleton, zuständig für das Ressort „Natur und Wissenschaft“.
Folgen:



Romesberg hat für sein Projekt mit französischen, auch deutschen Wissenschaftlern, vor allem aber mit chinesischen Chemie-Ingenieuren aus Henan zusammengearbeitet. Zusammen ist es ihnen nun offenbar gelungen, das genetische Alphabet der Erbsubstanz DNA, das normalerweise aus vier „Buchstaben“ - chemisch: Basen -  besteht, so um zwei weitere künstliche Basen zu erweitern, dass die mit diesem Design-Genom ausgestatteten Kolibakterien tatsächlich lebens- und vermehrungsfähig waren. Vor zwei Jahren schon hatte man über das neue Sechser-Gen-Alphabet wissenschaftlich publiziert, doch damals waren die neuen Bausteine im Lebensalphabet der Mikroben nicht stabil genug ins Erbgut eingebaut. Die Folge: die Bakterien eliminierten die fremden Konstrukte nach und nach, der künstliche Entwurf der DNA blieb verglichen mit der natürlichen Schöpfung ein Versuch, mehr nicht.




© Archiv

Die vier Grundbausteine - „Buchstaben“ der DNA, die in der Helix immer paarweise zusammenfinden: A mit T und C mit G.

© The Scripps Research Institute


Die beiden künstlichen DNA-Bausteine, die ebenfalls ein Basenpaar bilden.
Jetzt allerdings, keine zwei Jahre später, hat es Romesberg geschafft: Das Escherichia-coli-Bakterium - eins der wichtigsten  „Arbeitstiere“ der Genforscher - gibt es nun in einer unnatürlichen Variante: „Semisynthetische Organismen“,  kurz SSO, wie die Wissenschaftlicher ihre optimierten Designmikroben nennen. Das bedeutet auch: Alle zwanzig Minuten, in denen sich die Mikroben unter Idealbedingungen teilen und vermehren, entstehen weitere Bakterien mit der unnatürlichen Erbsubstanz - zumindest solange in der Petrischale für genügend Nachschub an Nährstoffen und den neuen Bausteinen gesorgt wird.

Ausschlaggebend für den Durchbruch der Bioingenieure waren chemische Veränderungen, vor allem aber die Fortschritte, die man im biochemischen Milieu der Bakterienzelle erzielt hat. Denn auch die für die Verarbeitung der neuen Bausteine zuständigen  „Maschinen“ in der Zelle müssen passen: Weil die beiden zugefügten Grundbausteine, die Basen oder Nukleotide, etwas anders gebaut sind als die vier üblichen Nukleotide, müssen auch die Enzyme so konstruiert sein, dass sie damit etwas anfangen können: die DNA vor der Vermehrung beispielsweise kopieren, oder die in den Genen gespeicherte Erbinformation fehlerfrei ablesen. Zudem müssen die chemischen Vorläufer der neuen DNA-Bausteine in die Zelle importiert werden, um sie verwerten zu können - auch das alles andere als eine Selbstverständlichkeit. So etwas lässt sich auch nicht unbedingt am Reißbrett optimieren. Romesberg und seine Kollegen haben diese ingenieurstechnisch anspruchsvolle Anpassungsleistung an die künstlichen DNA-Bausteine in der Petrischale quasi in einem künstlichen Evolutionsprozess zuwege gebracht. 
Was aber bringt diese Schöpfung im Labor? Zunächst einmal nichts, was die Natur nicht ohnehin schon kann. Den Wissenschaftlern geht es freilich genau darum: Irgendwann die Möglichkeiten der biologischen Produktion zu erweitern und so möglicherweise im Bioreaktor Substanzen mit Hilfe von SSO zu produzieren, die therapeutisches oder sonstwie sinnvolles Potential besitzen. Was das konkret sein soll, ist den Wissenschaftlern offenbar selbst noch schleierhaft. Im Moment freuen sie sich in ihrer Veröffentlichung, „dass wir damit praktisch unbegrenzte Möglichkeiten geschaffen haben, Informationen zu speichern“. Tatsächlich vermag schon die natürliche DNA mit ihren vier „Buchstaben“ die Informationsdichte der Siliziumchips mit ihrem binären digitalen Code um Längen zu übertreffen. Aus dem sechsstelligen Code der künstlichen DNA lässt sich da zumindest theoretisch noch viel mehr machen. Die Arbeit liefere eine Plattform, um noch mehr Informationen auf kleinstem Raum zu speichern, so die Wissenschaftler in den „Proceedings“ der amerikanischen Nationalen Akademie der Wissenschaften, „sie kann aber auch genutzt werden, um Organismen mit völlig unnatürlichen Eigenschaften und Fähigkeiten zu kreieren, die nirgendwo sonst zu finden sind.“ Man darf gespannt sein, wie die Gesellschaft auf solche Ankündigungen reagiert. 
Quelle: FAZ.NET


Mit freundlichen Grüßen
franzpeter
zuletzt bearbeitet 25.01.2017 19:17 | nach oben springen

#2

Genetiker erzeugen erstmals stabilen halbsynthetischen Organismus

in Aus der Welt der Wissenschaft 25.01.2017 12:28
von franzpeter | 9.685 Beiträge

Genetiker erzeugen erstmals stabilen halbsynthetischen Organismus
Andreas Müller
24/01/2017
 15 

La Jolla (USA) – Während der genetische Code des Lebens aus vier natürlichen Basen besteht, die in vielfältiger Kombination der sogenannten Basenpaare gemeinsam die Sprossen der DNA bilden, ist es US-Genetikern nun erstmals gelungen einen stabilen Organismus zu erzeugen, dessen DNA zwei weitere, künstliche Basen hinzugefügt wurde.
Wie die Wissenschaftler um Professor Floyd Romesberg vom The Scripps Research Institute (TSRI) berichten, handele es sich damit um den ersten „stabilen semisynthetischen Organismus“ überhaupt.

Aufbauend auf ihren 2014 veröffentlichten Arbeiten (…GreWi berichtete) fügten die Forscher den Basen A, T, C und G fügten dem genetischen Code ihrer Kreation zwei als X und Y bezeichneten synthetische Basen hinzu und erhielten nach früheren Fehlschlägen nun erstmals einen lebensfähigen und sich reproduzierenden Organismus in Form eines modifizierten einzelligen E. coli -Bakteriums.

Wie die Wissenschaftler in der kommenden Ausgabe des Fachjournals „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS; DOI: 10.1073/pnas.1616443114) berichten, liegen indes die Anwendungsmöglichkeiten der verwendeten Methode und Technologie noch in der Zukunft. Die Forscher hoffen aber zukünftig Einzeller mit gezielten Funktionen ausstatten zu können, die dann etwa in der Medizin genutzt werden können.

Laut den Forschern zeige die jetzt präsentierte erfolgreiche Manipulation, dass wahrscheinlich „alle Lebensprozesse dieser Art der Manipulation ausgesetzt werden können.“ Zugleich schränken Romsberg und Kollegen aber noch ein, dass sich ihre Arbeit lediglich auf Einzeller – nicht aber auch komplexe Organismen – bezieht. Derzeit gebe es zudem noch keinrlei Anwendungen für die Technologie: „Bislang können wir nur zeigen, dass wir in der Lage sind, einen Organismus derart zu manipulieren, dass er weitere genetische Information über die Möglichkeiten der vierbasigen DNA hinaus speichern kann.“
In einem nächsten Schritt wollen die Genetiker nun untersuchen, wie der neue genetische Kode auch auf die RNA transkribiert, also auf jenes Molekül übertragen werden kann, das die Zellen zur Übersetzung der DNA in Proteine benötigt. „Diese Studie legt den Grundstein für das, was wir zukünftig erreichen wollen“, so die Wissenschaftler abschließend.

Quelle: grenzwissenschaften-aktuell


Mit freundlichen Grüßen
franzpeter
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#3

Mischwesen aus der Retorte - Menschliche Stammzellen im Schweineembryo

in Aus der Welt der Wissenschaft 27.01.2017 18:18
von franzpeter | 9.685 Beiträge

Veröffentlicht: 27.01.2017, 12:20 Uhr
Mischwesen aus der Retorte
Der Mensch im Schwein
Menschliche Stammzellen im Schweineembryo: Was kalifornische Forscher nun erstmalig geschafft haben, ist nicht nur ethisch fragwürdig. Ein Kommentar.
27.01.2017, von Joachim Müller-Jung
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© dpa

„Nicht zu menschlich“: Die biologische Vermischung von Mensch und Schwein ist eine Gratwanderung.
Kann man in Schweinen menschliche Ersatzorgane züchten? Und vor allem: Will man das? Vielleicht ist es ja der richtige Moment in der amerikanischen Geschichte, dass es ausgerechnet jetzt in einem kalifornischen Labor gelungen ist, menschliches Erbgut in Schweinen zu vermehren, Stammzellen des Menschen vier Wochen lang in Schweineembryonen heranwachsen zu lassen. Es sind die ersten (nie geborenen) Schweine-Mensch-Schimären der Geschichte, ein „Meilenstein“ heißt es vom Salk Institute, aber nein, kein Meilenstein der Medizingeschichte. Alles andere als das, es ist nicht mehr als ein Durchbruch für die Experimentatoren.

Autor: Joachim Müller-Jung, Redakteur im Feuilleton, zuständig für das Ressort „Natur und Wissenschaft“.
Folgen:



Seit langem werden in Petrischalen menschliche Stammzellen in frühe Embryonen von Mäusen, Ratten, Kühen oder eben auch Schweinen eingepflanzt.  Das Ziel: Die Stammzellen mit dem Erbgut des Menschen sollen Teil des fremden Organismus werden, das Entwicklungsprogramm von der unreifen Zelle bis zum reifen, gewünschten Organ durchlaufen und so in dieser artfremden Umgebung zum fertigen, in ferner Zukunft auch transplantierbaren Organ werden. Wann und wo die Stammzellen eingebaut werden, entscheidet darüber, in welchen Geweben und Organen die menschlichen Zellen aktiv werden. Das Tier, die Schimäre, ist also nur der „Bioreaktor“. Schweine haben da offensichtlich zwei Vorteile. Sie sind Haustiere, der Mensch verfügt also auch über die nötige Schlachtroutine. Vor allem aber: Viele Schweineorgane besitzen am Ende etwa die gleiche Größe wie menschliche Organe.

„Medizinische Schweinefarmen“ also für die Zucht von Ersatznieren, -lebern und –herzen? Für eine Gruppe von Wissenschaftlern weltweit, keineswegs nur in Kalifornien, eine realistische Option. Nicht zuletzt deswegen auch haben die kalifornischen Wissenschaftler um Izpisua Belmonte nicht aufgegeben zu experimentieren, obwohl sie und andere Forschergruppen sich Jahre lang die Zähne an den Schweineembryonen ausgebissen hatten. Zunächst testeten die Kalifornier ihr Verfahren, indem sie Ratten und Mäuse vermischten. Die Stammzellen des Menschen sind in der artfremden Umgebung so leicht gar nicht in den Körperbauplan zu integrieren. Als es den Kaliforniern schließlich gelang, sogar embryonale Herzen des Menschen in erstaunlicher Vollständigkeit zu erzeugen, mussten sie nur sicherstellen, dass die Schimären nicht geboren werden. Denn noch sind solche genetischen Hybride weder zugelassen, noch weiß man, ob sie überhaupt lebensfähig sind. Was die Wissenschaftler offenbar auch beschäftigte, das räumen sie zumindest in ihrer Veröffentlichung in der Zeitschrift „Cell“ ein, ist: Was passiert, wenn sich die menschlichen Stammzellen im Schwein nicht nur an Niere oder Bauchspeicheldrüse, sondern am Aufbau des Gehirns beteiligen? Wenn die Schweine, wie sie schreiben, „zu menschlich“ werden? Ausschließen lässt sich das vorerst nicht hundertprozentig. Belmonte und seine Gruppe haben allerdings erreicht, dass sich die menschlichen Stammzellen nicht zu Vorläufer-Gehirnzellen und damit auch nicht zu reifen Nervenzellen umwandelten.


Vier Jahre lang haben die kalifornischen Stammzellforscher mit Schweineembryonen experimentiert, vierzig Schweinefarmer waren angeblich beteiligt, und am Ende wurden 1500 Embryonen in der Petrischale manipuliert. „Es ist ein erster Schritt“, ließ Belmonte hinterher wissen, wohl wissend auch, dass die ethische und rechtliche Diskussion um die Erzeugung von Mensch-Tier-Schimären (auch zu medizinischen Zwecken) selbst in den liberalsten Ländern bisher fast nie zu ihren Gunsten verlaufen war.
Die embryonalen Organe, die man so zu „ernten“ vermochte, sollen jetzt getestet und ihre genetische Zusammensetzung genauer ermittelt werden. Am Ende soll die Grundlage gelegt sein, dass solche Schimärenorgane beispielsweise für Arzneimittel- und Toxizitätstests genutzt werden können. Ob jemals menschliche Ersatzorgane auf diese Weise den Weg in menschliche Körper finden werden, steht derzeit selbst für die kalifornischen Humaningenieure außer Frage. In Hunderten anderen Labors werden derzeit nämlich alternative Organ- und Gewebezuchtmethoden ausprobiert, denen deutlich größere Realisierungschancen eingeräumt werden: von der mit Stammzellen gefüllten „Organkapsel“ als Bioreaktor bis zum „Brutreaktor“ im Labor und dem 3D-Druck von maßgeschneiderten menschlichen Gewebevorläuferzellen.


Quelle: FAZ.NET

Anmerkung:

Zitat
Sollten wir dafür biologisch Mensch und Schwein vermischen?



Warum diese unterschwellige Entrüstung? Alles, was der menschlichen Gesundheit dient, sollte doch nicht in Frage stehen (und wenn doch, sollte man an die Mäuse, Ratten und Kaninchen denken, die von der Pharmaindustrie gequält werden - z.B. für die Schönheit).
Und nun die Züchtung von Hormonen etc. im Tier? Wenn es diesem nicht weh tut, sollte man solche Bedenken mal hinterfragen: Das ist ja fast rassistísch, wenn man da von ethischen Bedenken spricht (religiöse will ich mal beiseite lassen - sonst kommen wir auf das Thema, wie sich am letzten Tag die Einzelteile der über den Erdball verstreuten Gliedmaßen von Kriegsopfern wieder zusammensetzen; heute nichts darüber). Das klingt ganz nach der Reinhaltung von Rassen (blond und blauäugig )
Aber einige Artikelschreibern reiten eben auf der Gentechnikwelle, das ist offenbar in.
Das Gleiche findet man auch bei dem Thema künstliche Intelligenz. Solange Robotor niedlich sind, ist ja alles in Ordnung, aber wehe, wenn sie Gefühle entwickeln sollten (und das dies einmal möglich ist, sollte jedem Gehirnforscher klar sein) Dann ist es aus mit blauäuigig!


Mit freundlichen Grüßen
franzpeter
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