Synthetische Biologie – ein Studiengang mit Zukunft in der Arbeitswelt

Als fachübergreifendes Teilgebiet der Molekularbiologie, Nanobiotechnologie, organischer Chemie, Ingenieurwissenschaften und Informationstechnik gilt die Synthetische Biologie als innovative Richtung der modernen Biologie. Biologen, Chemiker und Ingenieure arbeiten gleichermaßen daran biologische Systeme mit neuen, definierten Eigenschaften zu erzeugen, die so in der Natur nicht vorkommen. Im Unterschied zur Gentechnik werden hierfür nicht nur Gene eines Organismus in einen Anderen transferiert, sondern komplett künstliche biologische Systeme erschaffen. Mit diesen künstlichen biologischen Systemen verfolgt man das Ziel die typischen Merkmale eines Organismus gezielt für definierte Fragestellungen zu verändern. Langfristig will man in der Lage sein neue, vollständig vom Menschen entworfene, Systeme zu generieren. Das Ziel der Synthetischen Biologie ist es dabei neue, richtungsweisende Erkenntnisse zu gewinnen, aus denen sich weitläufige Anwendungsmöglichkeiten ergeben können.

Unter anderem werden hierfür folgende Strategien verfolgt: (a) künstliche Systeme werden in lebende Organismen integriert, mit dem Ziel dessen Eigenschaften gezielt zu verändern, (b) Aufbau von biologischen System durch schrittweises Hinzufügen von künstlichen Molekülen, mit dem Ziel einen “lebensfähigen” Organismen herzustellen (Protozellen), (c) ein bestehendes biologisches System wird auf die minimal notwendigen Komponenten reduziert, diese “Hülle” (=Chassis) welche mit gewünschtem genetischen Material, in Form von sogenannten Bausteinen (= “BioBricks”) bestückt werden kann (Minimalorganismus), (d) die Suche nach alternativen Substanzen, die die gleiche biologische Funktion ausführen wie ihre Originale, kann durch den Einsatz von atypischen Substanzen innerhalb der Zelle realisiert werden (orthogonale Biosysteme).
Mögliche Anwendungsbereiche der Synthetischen Biologie wäre es neuartige Impfstoffe, Medikamente und eine verbesserte Diagnostik zu entwickeln. Der Einsatz für die Entwicklung von Biosensoren, Wasserstoffzellen, Biomaterialien, Biobrennstoffe oder Wasserstoffzellen ist ebenfalls in Planung.
Ermöglicht wird die Umsetzung der synthetischen Biologie durch den technische Fortschritt der letzten Jahrzehnte, ebenso wie durch die bedeutenden Erkenntnisse, welche von Molekular- und Zellbiologen bislang hinsichtlich des Aufbaus und der Physiologie von Mikroorganis27/http://www.max-planck-science-gallery.de/men gewonnen haben. Die sogenannten Omiks-Technologien (darunter versteht man die Gesamtheit der Genomik, Transkriptomik, Proteomik und Metabolomik) befassen sich umfassend mit der Analyse von biologischen Prozessen, was weiderrum essentiell für die Entstehung und Entwicklung des Fachgebiets der Synthetischen Biologie ist. So ist beispielsweise die Sequenzierung des gesamten Genoms von Organismen und die Generierung von künstlicher, genau definierter DNA, mittels Syntheseautomaten, heutzutage auch im industriellen Maßstab möglich.
Die Synthetische Biologie steckt noch in seinen Kinderschuhe, derzeit wird hauptsächlich Grundlagenforschung an Mikroorganismen betrieben. Ein Forschungszweig stellt beispielsweise die Erweiterung des genetischen Codes dar. Hierfür wird der genetische Code um Basenpaarungen (genomischer Ansatz) bzw. um Aminosäuren (proteomischer Ansatz) erweitert, mit dem Hintergrund die Kombinationsmöglichkeiten der genetischen Bausteine wesentlich zu erhöhen. Ein weiteres mittelfristiges Forschungsziel ist es Zellen zu generieren, die nur mit den notwendigsten Komponenten ausgestattet sind. Dies wird möglich in dem man die Komplexität der Zelle Schritt für Schritt reduziert (top-down-Ansatz) bzw. eine Zelle geniert die nur mit den nötigsten Bestandteilen befüllt wird (bottom-up-Ansatz).
Zusammenfassend kann man sagen, dass es in der Synthetischen Biologie darum geht biologische Systeme zu verstehen, um sie anschließend, anhand dieses fundierten Wissens, umzuprogrammieren und für die Beantwortung unterschiedlichster Fragestellungen einzusetzen.

 

Auch hier stehen die Forschungen der Max-Planck-Gesellschaft wieder an vorderster Front.