Die Wiege im Labor Einstieg für Aussteiger

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Rolf K. WegstLeben vomReißbrettAm Marburger „LOEWE“-Zentrum versuchen Forscher, Mikroorganismenzu bauen, um sie zu verstehen – und zu verstehen, um zu bauen.8
Die Biologie steht voreinem Paradigmenwechsel– das istdie Einschätzungvon „Synmikro“-Chef BrunoEckhardt, wenn er an denFortschritt in den Lebenswissenschaftenerinnert: Etwa anden Zugriff auf die Gene einerbeständig wachsenden Zahl vonOrganismen, an das wachsendeVerständnis für die in denGenen kodierten Informationenund an die Möglichkeit zur effizientenkünstlichen Syntheselängerer DNA-Sequenzen. „Ausgehendvon der Beschreibungund Analyse natürlich vorkommenderOrganismen könnendurch die gezielte Synthese voneinzelnen Bauteilen oder ganzenOrganismen die gewonnenenEinsichten in bisher ungeahnterForm überprüft und bestätigtwerden“, sagt der GeschäftsführendeDirektor des MarburgerForschungszentrums. „Dabeiwerden zunehmend Konzepteund Ideen aus den quantitativenNatur- und Ingenieurwissenschafteneingesetzt.“Um dieses zukunftsweisendeGebiet in Marburg zuetablieren, wurde vor fünfJahren als gemeinsames Projektder Philipps-Universität und desMarburger Max-Planck-Institutsfür terrestrische Mikrobiologiedas „LOEWE“-Zentrum fürSynthetische Mikrobiologiegegründet, kurz „Synmikro“.Die über 30 am Zentrum beteiligtenArbeitsgruppen erforschenverschiedenste Aspektemikrobiellen Lebens, etwa dieräumliche Organisation vonBakterienzellen, die Strukturund Funktionsweise von Signalübertragungs-Netzwerkenoderdie Biochemie der Kohlendioxid-Fixierung. Doch eines ist allenSynmikro-Wissenschaftlerinnenund -Wissenschaftlern gemein:Sie wollen bauen, um zu verstehen,und verstehen, um zubauen.Denn auch wenn in denletzten Jahrzehnten eine Vielzahlvon biologischen Prozessenbeschrieben und erklärt wurde,so steht der ultimative Test deraus den Analysen abgeleitetenModelle meist noch aus: dieSynthese. Schließlich zeigt erstder Nachbau eines Systems auseinzelnen Bestandteilen im Reagenzglasoder in einem anderenOrganismus – also außerhalbdes natürlichen Kontexts –, obman tatsächlich all seine Teileerfasst hat. Und erst der Neubaueinzelner Proteine, Makromoleküleoder ganzer Netzwerkezeigt, ob man die Grundprinzipienihrer Funktionsweisewirklich verstanden hat.Ein Fernziel wären in dieserHinsicht vollständig synthetischeZellen, die nach Bedarfaus verschiedenen funktionellenEinheiten – in Anlehnung an dieIngenieurswissenschaften auchModule genannt – kombinierbarwären; auf diese Weise könntenbeispielsweise Produktionsorganismenfür die biotechnologischeIndustrie maßgeschneidertwerden. Ein solcher „Plug& Play“-Ansatz würde allerdingseine starke Standardisierung derbiologischen Bauteile mit kompatiblenSchnittstellen erfordern,wohingegen diese Schnittstellen– die Interaktionsflächender Proteine – in der Naturzwischen verschiedenen Speziesmitunter stark variieren.Bis zur ersten synthetischenZelle ist es also noch ein weiterWeg. Um diesen Weg überhauptgehen zu können, braucht eszum einen möglichst viele, möglichstgenaue quantitative Datenzu den natürlichen Vorbildern;zum anderen mathematischeBeschreibungen und Modellierungender Zusammenhänge. ImIdealfall würden diese Modellierungendann nach vielen Zyklendes Testens und Verbessernsirgendwann die Abstraktionvom konkreten Beispiel, etwaeines zellulären Regelkreises,auf die zugrundeliegendenPrinzipien erlauben. An Synmikrosind deshalb nebenzahlreichen Arbeitsgruppen ausden verschiedenen Lebenswissenschaftenauch modellierendeund bioinformatisch-arbeitendeGruppen beteiligt.>> Vera BettenworthWie herrlich leuchtet hier die Natur! Um Lebenserscheinungen aufzuklären,nutzt „Synmikro“ naturwissenschaftliche Methoden, etwa dasAuftrennen von Genabschnitten nach Größe oder elektrischer Ladung.9
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