Was Wissen schafft – der Code des Lebens neu gedacht

Betrachtet man sich nun einmal die Pflanzenwelt, erkennt man schnell, dass wir Menschen schon früh in der Lage waren, in diesen genomischen Lexika zu blättern und sie nach unseren Bedürfnissen auszuwählen. So hat die Domestizierung von Nutzpflanzen dazu geführt, dass aus der unscheinbaren Graspflanze Teosinte mit ihren grade einmal sechs bis zwölf harten Kernen über Jahrtausende heutiger, ertragreicher Mais gezüchtet wurde.

Um Domestizierung etwas anschaulicher zu machen, stelle man sich einen riesigen Stapel dieser Lexika vor, die im Grunde alle exakt gleich sein sollten. Doch einige haben ausgerissene Seiten, andere enthalten Druckfehler. Manchmal führt so ein zufälliger Fehler dazu, dass etwas völlig Neues, Nützliches entsteht. Nimmt man jetzt genau dieses abgewandelte Buch und macht davon Kopien, hat man die neue Version erfolgreich etabliert. Wiederholt man diesen Vorgang unzählige Male, hat man sich nach langer Zeit extrem vom Original entfernt und besitzt dennoch ein in sich schlüssiges, oft viel aufschlussreicheres Lexikon.

Im Laufe der Zeit und mit fortschreitenden wissenschaftlichen Entwicklungen und Erkenntnissen haben Wissenschaftler:innen erkannt, dass wir nicht nur darin beschränkt sind, in diesen Lexika zu blättern, sondern auch eigenständig Kapitel aus anderen
Büchern einfügen und oder gezielt Seiten löschen zu können.

An der Heinrich-Heine-Universität wird genau daran geforscht. Im Institut für Synthetische Biologie in der Arbeitsgruppe von Dr. Uriel Urquiza-García beschäftigt sich die Gruppe mit der Etablierung eines vollkommen künstlichen Pflanzenchromosoms in dem Laubmoos Physcomitrium patens, was man verstehen kann als das Schreiben eines komplett eigenen Kapitels in dem genomischen Lexikon der Modellpflanze.

Entscheidend ist, dass dies vorher nicht möglich war. So wird das bestehende Chromosom also nicht nur „umprogrammiert“. In der Vergangenheit geschah dieses Umprogrammieren beispielsweise oft mit der bekannten Genschere CRISPR. Sie hat es uns erlaubt, in unseren Lexika Wörter auszutauschen, durchzustreichen oder Sätze zu korrigieren. Jetzt aber wird das Chromosom „von Grund auf neu gebaut“, wie Dr. Uriel Urquiza-García es auf seiner Homepage beschreibt. Man heftet also förmlich komplett leere Seiten in das Lexikon, um darauf eine völlig neue Geschichte zu verfassen.

Im Gespräch erwähnte Urquiza-García, worauf die Forscher:innen derzeit den Fokus legen: „Das Zentromer ist ein Schlüsselelement im Chromosom, und ohne es würde das Chromosom nicht vererbt werden.“ Dabei hebt er hervor: „Wir versuchen also wirklich, uns auf die riskantesten Aspekte der Chromosomenbiologie bei Pflanzen zu konzentrieren. Denn ohne diese spezielle Komponente wird sich die synthetische Genomik bei Pflanzen nicht weiterentwickeln können.“ Das Zentromer ist quasi der Buchrücken des Lexikons. Wenn sich eine Zelle teilt, muss sie Kopien aller Kapitel sicher in die neue Zelle transportieren. Fehlt der feste Buchrücken, fallen die neu geschriebenen Seiten auseinander und gehen verloren. Das Risiko, welches Dr. Urquiza-García erwähnte, liegt in der Komplexität und dem Aufwand, welcher erforderlich ist, diese Schlüsselelemente erfolgreich zu erforschen.

Damit wird den Forschern:innen durch die erschaffene Plattform also die Möglichkeit geboten, den Antworten auf die Fragen der Chromosomenbiologie und deren Schlüsselelemente einen Schritt näherzukommen.

Das große Ziel der Düsseldorfer Forscherinnen und Forscher ist es dabei, die neu entstehende Plattform zu nutzen, um die zirkadiane Uhr, oder die sogenannte „innere Uhr“, der Pflanze zu erforschen. Doch was bedeutet das genau? Man kann sich das wie ein genetisches Uhrwerk vorstellen. Dieses tickt unermüdlich im Inneren der Zelle. Das Interessante dabei ist, dass dies unabhängig von äußeren Reizen passiert wie Licht oder Temperatur. Stellt man eine Pflanze also dauerhaft in einen Raum ohne Sonnenlicht und mit durchgehend gleicher Temperatur, wüsste sie trotzdem dank ihres inneren Uhrwerks exakt, wann eigentlich Tag und wann Nacht ist.

Das entstehende künstliche Pflanzenchromosom soll also dabei helfen, komplexe genetische Netzwerke, wie die „innere Uhr“, besser zu verstehen. Was passiert, wenn man zusammenhängende Sätze aus ihrem gewohnten Kapitel reißt und sie isoliert auf eine völlig leere, neue Seite schreibt. Urquiza-García veranschaulicht diese Frage im Gespräch mit einem Bild aus dem Alltag: „Stellen Sie sich Chromosomen wie Wohnhäuser vor und die Gene als deren Bewohner:innen. Wir wollen herausfinden: Reicht es aus, wenn die Gene der inneren Uhr einfach nur laut miteinander kommunizieren, oder müssen sie zwingend im selben Gebäude wohnen, um richtig zu funktionieren?“ So wollen die Forscher:innen herausfinden, ob die von der Evolution hervorgebrachte Lage der Gene essenziell ist oder ob sich diese Textbausteine verschieben lassen, ohne ihre Bedeutung zu verlieren.

Ich denke, es sollte eine offene Diskussion mit allen beteiligten Akteure:innen geben, der Gesellschaft als Ganzes, […] Philosoph:innen und Künstler:innen […] lass uns ein cooles Moos entwerfen, das irgendwas Verrücktes macht!