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Gentechnologie: Genomtransplantation auf Umwegen

Carole Lartigue vom Craig Venter Institute in Rockville haben das komplette Erbgut eines Bakteriums zuerst in Hefezellen transplantiert, dort gentechnisch verändert und schließlich wieder in eine zweite Bakterienart übertragen. Damit haben sie eines der technischen Probleme umgangen, die dem von ihnen angestrebten Design neuer Mikroorganismen mit beliebig kombinierten Eigenschaften im Weg steht. Solche künstlich geschaffenen Bakterien sollen in Zukunft verschiedene Aufgaben besser erledigen können als die derzeit bereits in der Biotechnologie eingesetzten Spezies.

Das Wissenschaftlerteam wollte das Erbgut von Mycoplasma mycoides, einem der kleinsten selbstständig vermehrungsfähigen Bakterien mit sehr kompaktem Genom, in die verwandte Art Mycoplasma capricolum übertragen. Dies funktioniert nicht auf direktem Weg, weil auch Bakterien Abstoßungsreaktionen gegenüber zellfremdem DNA-Material zeigen. Die Zellen unterscheiden fremde und eigene DNA anhand von Methylgruppen, die an jeweils charakteristischen Genomabschnitten angebracht sind, Erbgut mit fremden Methylierungsmustern werden durch Restriktionsenzyme erkannt und abgebaut.

Die Forscher umgingen dieses Restriction-Modification-System durch den Umweg in die Hefezelle. Dort schnitten sie zunächst ein unerwünschtes Gen aus dem Erbgut und versahen das Konstrukt dann mit einem schützenden Methylgruppenmuster. Schließlich transplantierten sie das veränderte Genom in die Empfängerart. Dort hatten die Forscher zusätzlich das Gen für das Restriktionsenzym deaktiviert. Nur die Kombination aus Methylgruppenschutz des Transplantats und fehlendem Restiktionsenzym im Empfänger sorgte dafür, dass das Genom von M. mycoides in M. capricolum nicht abgestoßen wurde.

Als Endziel streben die Wissenschaftler an, schlanke, auf bestimmte Aufgaben und Einsatzbereiche maßgeschneiderte Genome zu produzieren und in Bakterien zu integrieren. Die entstehenden Konstrukte sollen zum Beispiel bei der Produktion von Biotreibstoff oder dem Entgiften von Abfällen effizienter arbeiten als natürliche Spezies, in denen nur wenige Gene manipuliert werden. (jo)

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  • Quellen
Lartigue, C. et al.: Creating Bacterial Strains from Genomes that Have Been Cloned and Engineered in Yeast. In: Science 10.1126/science.1173759, 2009.

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