Wissenschaftler warnen vor potenziellen Gefahren von „Spiegelbakterien“

Wissenschaftler bezeichnen das Konzept der Chiralität als fundamentale Eigenschaft allen Lebens auf der Erde. DNA und RNA, die genetischen Moleküle, die sowohl in Viren als auch bei Menschen vorkommen, setzen sich aus Komponenten zusammen, die sich in ihrer rechtshändigen Form präsentieren. Im Gegensatz dazu sind die Aminosäuren, die Bausteine der Proteine, linkshändig. Ein Wechsel der Händigkeit führt normalerweise zu einer Zersetzung der Zellen.

In den vergangenen zehn Jahren haben Wissenschaftler daran gearbeitet, eine „Spiegel-Lebensform“ zu schaffen, indem sie die Chiralität der Bausteine des Lebens verändern. Sie haben rechtshändige Aminosäuren und linkshändige Zucker hergestellt, um genetisches Material zu konstruieren. Bisher existiert dieses „umgedrehte“ biologische Universum nur in einzelnen Molekülen. Doch könnten diese eines Tages – möglicherweise in nur einem Jahrzehnt – als Basis für die Züchtung von Spiegelbakterien dienen.

In diesem Monat haben Dutzende von Wissenschaftlern in einer Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Science gewarnt, dass die Schaffung solcher Spiegelbakterien erhebliche Risiken bergen könnte. Zu den Unterzeichnern zählt J. Craig Venter, ein bekannter Befürworter der Manipulation des Lebenscodes. Sollten Spiegelbakterien freigesetzt werden, könnten sie das Immunsystem umgehen und potenziell tödliche Infektionen bei Menschen, Tieren und Pflanzen verursachen. Mit völlig „fremden“ Genomen könnten sie auch Antibiotika und andere Behandlungsmethoden überlisten, und sich daraufhin wie eine nicht kontrollierbare invasive Spezies ausbreiten.

In einem Essay in der Zeitschrift The Scientist schreiben John Glass und Katarzyna Adamala vom J. Craig Venter Institute und der Universität Minnesota, dass es leidenschaftliche Unterstützer der Wissenschaft seien, die sich für einen möglichst freien Zugang zur Forschung einsetzen. Ein Verbot sei daher nicht leichtfertig zu fordern.

Die Fortschritte in diesem Forschungsfeld sind in den letzten Jahren enorm. Die Speicherung von Daten in DNA ist mittlerweile eine gängige Praxis. Jüngste Studien haben sogar DNA-basierte Computerbauteile hervorgebracht, die Schach spielen können, sowie lebende Bakterien, die auch mit den meisten ihrer Gene entfernt überleben können. Diese Bakterien befolgen Anweisungen, die auf einem vollständig synthetischen Chromosom verfasst sind, das in einem Computer entworfen und im Labor hergestellt wurde.

Synthetische Schaltungen könnten beispielsweise Bakterien dazu bringen, Medikamente zu produzieren, die im Kampf gegen Diabetes und Malaria von Nutzen sein könnten. Zudem könnten Bakterien, die dazu modifiziert wurden, Plastik abzubauen oder starke, aber biologisch abbaubare Materialien wie künstliche Seide herzustellen, einen positiven Einfluss auf die Umwelt haben. Der Bau synthetischer Komponenten, die mit lebenden Organismen harmonieren oder in Konflikt geraten, trägt dazu bei, unser eigenes biologisches Verständnis zu vertiefen. Richard Feynman hat dies einst treffend formuliert: „Was ich nicht erschaffen kann, verstehe ich nicht.“

Es gibt mehrere vielversprechende Gründe, sich mit diesen umgedrehten Molekülen auseinanderzusetzen. Sie könnten unter anderem Medikamente schaffen, die länger wirken. Proteine binden sich an Medikamente, um diese abzubauen. Hypothetisch würden speziell entworfene Spiegelsubstanzen, die auf ein einzelnes Protein abzielen, möglicherweise nicht mit anderen natürlichen Komponenten der Zelle interagieren, was zu mehr Stabilität und weniger Nebenwirkungen führen könnte. Wissenschaftler haben bereits DNA und Proteine aus umgekehrten Bausteinen produziert. Einige ziehen nun den nächsten Schritt in Betracht: die Nutzung dieser Komponenten zur Konstruktion einer Spiegel-Lebensform.

Die Technik ist noch nicht ausgereift. Doch Glass und Adamala skizzieren eine Möglichkeit, wie „umgedrehte“ DNA oder Proteine mit den richtigen Zutaten „hochgefahren“ werden könnten, um ein Bakterium zu erschaffen, das vollkommen alienartig im Vergleich zu allem irdischen Leben ist.„Nachdem wir herausgefunden haben, dass Spiegelbakterien katastrophale Auswirkungen haben könnten, falls sie in die Natur entlassen würden, haben wir unsere Meinung geändert“, führen sie fort.

Sie betonen, dass sie keinen Bann gegen die Forschung an einzelnen therapeutischen Spiegelmolekülen befürworten, die der Medizin zugutekommen könnten. Ihr Hauptaugenmerk liegt auf den Spiegelbakterien, die sich potenziell reproduzieren könnten. Wenn Bakterien oder andere Lebewesen vollständig aus synthetischer DNA, synthetischen Proteinen und synthetischen Lipiden entwickelt werden, könnte ähnlich eine lebende Spiegelbakterie geschaffen werden. In Isolation – etwa in einer Petrischale – würde man erwarten, dass solche Bakterien unter Spiegelnährstoffen ähnlich normal leben und in ihrer Leistungsfähigkeit den natürlichen Amtskollegen gleichen.

Das Problem ist jedoch, dass viele „normale“ Bakterien auch ohne Chiralität überlebensfähig sind, was darauf hindeutet, dass auch Spiegelbakterien von diesen Nährstoffen profitieren könnten. Dies könnte zum Problem werden, falls die Spiegelbakterien aus ihrem Labor ausbrechen. Obwohl solche Vorfälle selten sind, geschehen sie doch. Die „umgedrehte“ genetische Struktur der Spiegelbakterien würde sie völlig immun gegen Phagen machen – Viren, die zum Zerfall von Bakterien in der Natur führen. Aufgrund ihrer besonderen Chiralität wären sie von Fressfeinden nicht zu erkennen. Diese Widerstandsfähigkeit könnte dazu führen, dass sich Spiegelbakterien über ganze Ökosysteme hinweg verbreiten.

Ebenfalls besorgniserregend ist die potenzielle Gefährdung der menschlichen Gesundheit, da unser Immunsystem auf Proteine angewiesen ist, um eingedrungene Krankheitserreger zu erkennen. Da es jedoch nur Proteine mit derselben Händigkeit identifizieren kann, könnten wir im Falle einer Infektion durch Spiegelbakterien – was nach wie vor spekulativ ist – eine immunologische Lücke aufweisen. Erste Hinweise zeigen bereits, dass Spiegelproteine in der Lage sind, dem Zellabbau zu widerstehen. Da sie „versteckt“ vor dem Immunsystem sind, könnten diese Bakterien in unseren Körper eindringen – durch die Haut, den Magen oder die Lunge wie normale Krankheitserreger – ohne eine Immunantwort auszulösen. Aktuelle Antibiotika, die dafür ausgelegt sind, Bakterien mit natürlicher Chiralität anzugreifen, werden vermutlich bei Spiegelbakterien unwirksam sein. Theoretisch könnte dies verheerende Epidemien auslösen.

Es gibt Ansätze, um Risiken zu minimieren, die einerseits die Forschung an den potenziellen Vorteilen umgekehrter Lebenselemente ermöglichen, andererseits aber auch sicherheitsrelevante Überlegungen berücksichtigen. Wissenschaftler könnten versuchen, die Spiegelbakterien mit einem synthetischen Kill-Switch auszustatten, der andere Lebewesen nicht schädigt. Aber einmal erschaffen, wäre es relativ einfach, diese sogenannten „bio-kontainierten“ Bakterien von ihren Sicherheitsvorkehrungen zu befreien, argumentieren die Autoren. „Wir empfehlen daher, dass Forschungsarbeiten mit dem Ziel, Spiegelbakterien zu erschaffen, nicht gestattet werden und dass Förderer klarstellen, dass sie solche Arbeiten nicht unterstützen werden“, schreiben sie. Die Stellungnahme schließt jedoch nicht die Erforschung von Spiegel-DNA oder -Proteinen zu therapeutischen Zwecken ein. Neben ihrem Science-Artikel, der die Ergebnisse zusammenfasst, hat das Team einen umfassenden Bericht veröffentlicht und begrüßt Wissenschaftler, Politiker, die Industrie und die breite Öffentlichkeit, sich an der Debatte zu beteiligen. Michael Kay von der Universität Utah, der ebenfalls zu dem Artikel beigetragen hat, erklärte: „Sobald eine Spiegelzelle entstanden ist, wird es unglaublich schwierig sein, diese wieder zurückzuholen. Das ist ein großes Motiv dafür, dass wir bereits im Vorfeld über Prävention und Regulierung nachdenken.“