Sechs Basen statt vier
Im Jahr 2008 war es dann soweit: Romesberg und seine Kollegen fanden zwei Moleküle, die sich als künstliche Basen eigneten. “Diese unnatürlichen Basenpaare funktionierten wunderbar im Reagenzglas, aber die große Herausforderung war es, sie auch in dem sehr viel komplexeren Umfeld einer lebenden Zelle funktionieren zu lassen”, erklärt Erstautor Denis Malyshev vom Scripps Research Institute. Genau dies ist den Forschern nun gelungen. Sie bauten die beiden künstlichen Basen – d5SICS und dNaM – in die ringförmige Plasmid-DNA von lebenden Escherichia coli-Bakterien ein. Diese Mikroben tragen nun die vier natürlichen Basen plus die beiden künstlichen in ihrem Erbgut. Sie sind damit die ersten Organismen mit einem künstlich erweiterten genetischen Alphabet. Die erweiterte DNA in ihren Zellen wird ganz normal kopiert, ohne dass das Zellwachstum behindert oder verzögert wird, wie Versuche ergaben.
Allerdings: Außerhalb des Labors sind die halbkünstlichen Mikroben nicht lebensfähig, wie die Forscher betonen. Dies beseitigt auch die Gefahr einer versehentlichen Freisetzung. Denn um die erweiterte DNA zu vermehren, benötigen die genetisch veränderten Bakterien molekulare Bausteine, die natürlicherweise nicht in den Zellen vorkommen. Diese Nukleosid-Triphosphate müssen mit der Nährlösung zugeführt werden. Zusätzlich muss ein Transportmolekül anwesend sein, das diese Bausteine in die Zellen schleust. Stoppten die Wissenschaftler die Versorgung mit diesen Zusatzstoffen, hörten auch die Zellen auf zu wachsen und sich zu vermehren. “Das gibt uns Kontrolle über unser System”, betont Malyshev. Denn ohne den Transporter oder die Bausteine der künstlichen Basen eliminiere die Zelle die künstlichen Basen aus dem Genom und kehre zum normalen Alphabet aus vier Basen zurück.
Im nächsten Schritt wollen die Forscher nun prüfen, ob und wie die Zellmaschinerie die erweiterte DNA in Botenmoleküle und dann in Proteine übersetzen kann. Denn die zusätzlichen Basen eröffnen die Möglichkeit, ganz neue, in der Natur unbekannte Proteine zu erzeugen. “Damit könnten wir besser denn je maßgeschneiderte Therapeutika und Diagnostika für die Medizin erzeugen, aber auch Anwendungen in der Nanotechnologie sind möglich”, so Romesberg.
