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Synthetische Biologie:Am Reißbrett des Lebens

Die moderne Biologie beschränkt sich schon lange nicht mehr darauf, die Natur zu beschreiben - manche Wissenschaftler haben inzwischen schon das Ziel, selbst Organismen mit neuen Eigenschaften herzustellen. Doch wer in die Abläufe des Lebens eingreift, muss die Grenzen seines Tuns sorgfältig abwägen.

Jörg Hacker

Jörg Hacker ist Mikrobiologe sowie Präsident der deutschen Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina.

Ein Grippe-Virus besteht aus organischen Molekülen und kann sich in Zellen eines Wirts vermehren. Doch lebt es?

Ein Grippe-Virus bei der Arbeit. Es besteht aus organischen Molekülen und kann sich in Zellen eines Wirts vermehren. Doch lebt es? Diese scheinbar einfache Frage bringt Biologen ins Grübeln.

(Foto: CDC/Frederick Murphy/E.L. Palmer/M. L. Martin)

Was ist Leben? Viele Nicht-Naturwissenschaftler wird verwundern, dass es Biologen äußerst schwerfällt, auf diese Frage eine allgemein akzeptierte Definition des Lebens vorzulegen. Der Titel einer kleinen Schrift, die der Quantenphysiker Erwin Schrödinger im Jahre 1944 veröffentlicht hat und die seither viele Naturwissenschaftler dazu veranlasste, sich mit Grundlagenfragen der Biologie auseinanderzusetzen, bringt das mehr denn je aktuelle Problem auf den Punkt: What Is Life?

Was also haben Bakterien, Pflanzen und Wirbeltiere gemeinsam? Ein wenig formaler ausgedrückt: Welche notwendigen Bedingungen muss ein Objekt erfüllen, damit es als Lebewesen klassifiziert werden kann? Hierzu sind vor allem drei Kriterien zu nennen: Erstens muss das Objekt sich vermehren können. Zweitens muss es einen eigenständigen Stoffwechsel besitzen. Und drittens muss es evolutionäres Potenzial aufweisen.

Während den ersten beiden Kriterien - Reproduktionsfähigkeit und autonomer Metabolismus - sicherlich alle Naturwissenschaftler zustimmen können, ist dies beim evolutionären Potenzial schon anders. Nanowissenschaftler, die sich im Labor mit Synthetischer Biologie befassen, würden das evolutionäre Potenzial vielleicht als ein Kriterium für Leben bezeichnen, das weniger fundamental ist als die beiden anderen Kennzeichen. Schließlich ist es Teil ihrer Arbeit, biologische Strukturen zu erschaffen, die keinen Evolutionsprozess durchlaufen haben.

Aber selbst Vermehrungsfähigkeit und selbständiger Stoffwechsel haben als fundamentale Kennzeichen von Lebewesen ihre Tücken. Sie zeigen sich, wenn wir den Übergang zwischen unbelebter und belebter Natur in den Blick nehmen. Hier stellt sich insbesondere die Frage: Zählen Viren zu den Lebewesen? Viren sind biologische Entitäten, die sich vermehren können - das weiß jeder, der schon einmal eine Grippe hatte - und die ein evolutionäres Potenzial besitzen - ansonsten müssten wir nicht kontinuierlich nach neuen Impfstoffen suchen.

Aber Viren besitzen keinen eigenständigen Stoffwechsel; außerhalb von Wirtszellen können sie nicht leben. Sind Viren also gleichsam zwischen Leben und Nicht-Leben hin und her pendelnde Objekte - nicht lebendig außerhalb einer Wirtszelle, aber lebendig in ihr?

Die Frage nach dem Status von Viren könnte wie ein Anlass für einen rein akademischen Disput um begriffliche Feinheiten erscheinen. Aber an der Grenze zwischen Unbelebtem und Belebtem stellen sich der heutigen Forschung Probleme, bei denen konzeptionelle und experimentelle Fragen Hand in Hand gehen. Dies ist insbesondere in der neuen Forschungsrichtung der Synthetischen Biologie der Fall.

Im Jahre 2008 gelang es Wissenschaftlern um den US-Biochemiker Craig Venter erstmals, das komplette Genom eines Bakteriums synthetisch herzustellen. Nur zwei Jahre später machte das Forscherteam um Venter und den Nobelpreisträger Hamilton Smith erneut Schlagzeilen mit der Erschaffung einer "synthetischen Zelle" - eines Bakteriums, dessen natürliches Erbgut vollständig durch ein künstliches Genom ersetzt wurde.

Meilenstein oder doch nur Weiterentwicklung

Der Stellenwert dieser Experimente ist selbst unter Wissenschaftlern umstritten. Für einige sind sie ein Meilenstein in der Entwicklung des neuen Fachgebiets der Synthetischen Biologie und ein Beweis dafür, dass sich "Leben auf dem Reißbrett" entwerfen lässt. Andere sehen in Venters Experimenten lediglich eine Weiterentwicklung der konventionellen Gentechnik und Biotechnologie.

Fest steht, solche Experimente im Grenzbereich von organischer Chemie, Molekularbiologie, Nanobiotechnologie, Ingenieurwissenschaften und Informationstechnik lösen heftige Diskussionen in der Öffentlichkeit aus. Es ist schließlich das hochgesteckte Ziel der Synthetischen Biologie, komplexe biologische Systeme und Organismen mit neuen Eigenschaften herzustellen und zu studieren.

Die Synthetische Biologie bietet ein großes Potenzial sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die Entwicklung neuer medizinischer und biotechnologischer Verfahren. Hier gibt es bereits praktische Erfolge. So bietet beispielsweise die chemische Synthese von Genen die Möglichkeit, mit synthetischer DNA in der somatischen Gentherapie oder in Form von DNA-Impfstoffen "mit Genen zu heilen".

Angesichts solcher Chancen rücken aber auch immer mehr die Risiken der Synthetischen Biologie sowie ihre ethischen und juristischen Implikationen in den Blick. Die Möglichkeit, neue lebende Systeme zu generieren, verlangt den Forschern ein hohes Maß an Verantwortung gegenüber der Gesellschaft ab. Das zeigte sich sehr öffentlichkeitswirksam am Anfang dieses Jahres, als weltweit darüber debattiert wurde, ob Laborversuche mit künstlich hergestellten neuartigen Grippeviren zu Bioterrorismus führen können.

Wie zu erwarten, entbrannte eine intensive Diskussion über die Frage, ob derartige Forschungsergebnisse überhaupt veröffentlicht werden müssen. Doch Ergebnisse der Grundlagenforschung können nicht durch staatlich angeordnete Publikationsverbote weltweit und über längere Zeiträume geheim gehalten werden. Das bestätigte sich auch in dem Fall der neuen Grippeviren: Im Mai und Juni veröffentlichten Nature und Science die beiden umstrittenen Fachartikel über sie.

Die Synthetische Biologie konzentriert sich bisher vor allem auf Mikroben und einzellige Organismen. Hier hat die Forschung gezeigt, dass eine gezielte Veränderung einfacher Lebensprozesse machbar ist. Dies kann jedoch nicht umstandslos auf mehrzellige Organismen übertragen werden.

Schon Voltaire wusste im 18. Jahrhundert: "Jeglicher Schuljunge kann einen Floh töten, sämtliche Mitglieder aller Akademien der Welt können jedoch keinen Floh fabrizieren." Dennoch kommt immer wieder die Frage auf, ob auch menschliches Leben gezielt genetisch verändert werden kann - womöglich sogar gemäß eigenen Wünschen zu erschaffen ist.

Die Vorstellung, dass der Mensch dereinst künstlich Menschen, sich also in einem gewissen Sinne selbst kreieren kann, beschäftigt unsere Einbildungskraft schon lange. Im Spätmittelalter entstand die Idee des "Homunculus", eines alchemistisch erzeugten Menschen. Solchen Selbsterschaffungsphantasien stehen wir Biologen sehr kritisch gegenüber. Wir wissen, dass bereits die Veränderung menschlichen Lebens differenziert betrachtet werden muss.

Ethisch geboten ist es indes, "mit Genen zu heilen", wie dies in der Gentherapie möglich ist. Hierbei werden Körperzellen mit genetischem Material behandelt, um Gene, die für Krankheitsprozesse verantwortlich sind, auszutauschen gegen intakte Kopien dieser Gene. Diese künstlich hergestellten Gene dürfen aber keinesfalls in die Keimbahn des Menschen gelangen, also an Nachkommen weitergegeben werden. Hier sind sie nicht rückholbar, und gemeinsam mit der überwiegenden Zahl der Forscher bin ich der festen Überzeugung, dass der genetischen Veränderung des Menschen an dieser Stelle eine ganz klare Grenze zu setzen ist.

Impliziert eine solche strikte Grenzziehung aber auch, dass menschliche embryonale Stammzellen überhaupt nicht für Forschungszwecke verwendet werden dürfen? Hieran entzünden sich immer wieder - durchaus notwendige - Diskussionen, in Deutschland zuletzt anlässlich der Revision des Stammzellgesetzes. Letztlich hat die Politik einen Kompromiss gefunden, der darin besteht, dass in Deutschland embryonale Stammzellen zwar verwendet werden dürfen, wenn sie im Ausland hergestellt wurden, diese aber im Inland nicht produziert werden dürfen.

Wann beginnt das Leben?

Ein solcher Kompromiss versucht, unterschiedlichen Auffassungen über den Beginn des individuellen menschlichen Lebens entgegenzukommen, die in unserer Gesellschaft vorhanden sind und den politischen Entscheidungsprozess beeinflussen. Es gibt Vertreter der Theorie, dass menschliches Leben in voller Würde und voller Schutzbedürftigkeit schon mit dem Zusammentreffen von Ei und Samenzellen sowie der Verschmelzung des genetischen Materials anfange. Andere sind der Ansicht, das menschliche Leben beginne mit der Einnistung in die Gebärmutter, also mit der Nidation. Darüber hinaus gibt es die Auffassung, dass erst mit der Geburt vollwertiges menschliches Leben vorliege.

Naturwissenschaftler können, indem sie über ihren aktuellen Wissensstand bestmöglich informieren, der politisch-gesellschaftlichen Debatte über bindende Handlungsnormen eine Verankerung in der empirischen Welt anbieten - sie können aber nicht das Ergebnis der demokratischen Willensbildung vorwegnehmen. Wo wir den Anfang des individuellen menschlichen Lebens juristisch verbindlich setzen, ist keine naturwissenschaftlich beantwortbare Frage. Darüber soll in einer pluralistischen Demokratie die gesamte Gesellschaft debattieren, und ihre politischen Repräsentanten müssen nach bestem Wissen und Gewissen entscheiden.

Im Alten Testament finden wir die Frage König Davids: "Was ist der Mensch, dass du seiner gedenkest; und des Menschen Kind, dass du dich seiner annimmst?" (David, Psalm 8). Angesichts einer solchen Frage wird klar, dass der Begriff "Lebenswissenschaften" weitaus mehr als Biologie und Medizin umfassen muss.

Wir wissen heute, dass die fundamentalen Lebensprozesse im Wirken der Gene und der Eiweiße bestehen. Menschliches Leben ist damit allein aber nicht zu beschreiben. Vielmehr spielen die Verantwortung und die Selbstreflexion des Geistes sowie die Fähigkeit zur Kommunikation eine wesentliche Rolle, wenn es um die Bestimmung des menschlichen Lebens geht. Diese Aussage ist keinesfalls gegen die naturwissenschaftliche Sichtweise auf den Menschen gerichtet. Ganz im Gegenteil: Eine biologische Betrachtungsweise, die Geist, Gewissen und Sprache aus ihrem Bild des Menschen ausschlösse, bliebe hinter ihren eigenen Möglichkeiten zurück.

Was also ist Leben? Aus Sicht des Mikrobiologen lautet die Antwort: Wir sollten solche Objekte für lebendig halten, die sich fortpflanzen können, einen autonomen Stoffwechsel aufweisen und evolutionär veränderbar sind. Aus der Sicht des Lebenswissenschaftlers sei hinzugefügt: Zu den evolutionären Möglichkeiten des Lebens gehören auch Fähigkeiten, die menschliches Leben wesentlich ausmachen, nämlich das Vermögen zur Selbstreflexion, zum Gewissensurteil und zur sprachlichen Verständigung.

Wer eine solche umfassende Bestimmung des Lebensbegriffs ernst nimmt, der weiß auch, dass sich die Frage "Was ist Leben?" nicht nur diejenigen Wissenschaftler stellen müssen, die sich für theoretische Definitionsprobleme interessieren. Dies ist eine Frage, mit der alle Lebenswissenschaftler konfrontiert sind, da sie die Konsequenzen ihrer Forschung vor allem für das menschliche Leben betrachten müssen. Dabei geht es nicht nur um direkte praktische Folgen etwa für die Gesundheit. Sondern es geht auch um die oft langfristigen kulturellen Auswirkungen des wissenschaftlichen Experimentierens mit dem Lebendigen. Erst eine Lebenswissenschaft, die sich selbst in einer solchen umfassenden Perspektive zu sehen versucht, ist eine Wissenschaft, die ihrer Verantwortung für das Leben gerecht wird.

© SZ vom 18.08.2012/mcs
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