Der Ursprung des Lebens - Der Begriff ist eng verknüpft mit den Fragen, was es alles braucht, damit wir von einer lebenden Entität sprechen können, und wie die dafür notwendigen Bestandteile überhaupt entstanden sind. Die zweite Frage beschäftigt sich im Kern damit, ob die für biologische Systeme typischen komplexen Makromoleküle wie Lipide, Kohlenhydrate, Nukleinsäuren und Proteine auch ohne die Hilfe von bereits bestehenden Lebewesen produziert werden können.

Stanley Miller: Erste Schritte

Bereits 1953 lieferten Stanley L. Miller and Harold C. Urey in ihrem berühmten Experiment den Beweis, dass zumindest einige Bausteine der Proteine ohne Hilfe von Lebewesen synthetisiert werden können (1). Sie nahmen Moleküle, von denen sie glaubten, dass sie in der frühen Erdatmosphäre vorkamen, und brachten sie in ein geschlossenes System. Danach liessen sie elektrische Ströme durch das System fliessen. Nach einer Woche bildeten zwei Prozent des im System vorhandenen Kohlenstoffs Aminosäuren. Obwohl 1961 Juan Oro auch zeigen konnte, dass in wässriger Lösung unter bestimmten Bedingungen auch Adenin, ein Bestandteil der Erbsubstanz, entsteht, klaffte seither trotz weiterer Forschungen immer noch eine grosse Lücke zu den Lebewesen. Denn die Synthese der Bausteine der Makromoleküle sagt noch nichts aus, wie es zu deren gezielten Aneinanderreihung zum Beispiel innerhalb der DNA oder Proteine gekommen ist.

Craig Venter: Reduktion als Methode

Anstatt daran herumzupröbeln, wie es zu den biologischen Makromolekülen kommt, kann man den Ursprung des Lebens auch verfolgen, indem eine bestehende Zelle auf ihre zum Überleben notwendige Ausrüstung reduziert wird. In diese Richtung zielt Craig Venters "Minimal Genome"-Projekt (2), das im Herbst 2002 gestartet wurde. Der US-Wissenschafter, der durch sein Konkurrenzprojekt das staatlich subventionierte Genomprojekt beim Menschen beschleunigt hat, will ein künstliches Chromosom entwickeln. Dieses soll nur gerade so viele Gene enthalten, dass der grundlegende Stoffwechsel und die Replikation stattfindet. Wirksam werden soll das vollständig synthetische Chromosom in einer Zelle ohne Erbgut des Bakteriums Mycoplasma genitalium. Das Bakterium ist das Lebewesen mit dem kleinsten bekannten Genom. Wenn alles nach Plan geht, will Venter in einem weiteren Schritt dem künstlichen Mycoplasma noch weiterer Gene beifügen, so dass es sich zum Beispiel verwenden lässt, um Wasserstoff herzustellen.

Pier Luigi Luisi: Die minimale Zelle

Zwischen Stanley Millers altem Approach und Craig Venters Projekt liegt vom Vorgehen her die Forschung des ETH-Professors für supramolekulare Chemie Pier Luigi Luisi. Beim schon seit Jahren verfolgten "Minimal Cell"-Projekt (3) (4) nimmt er vorhandene biologische Makromoleküle und versucht, sie zu einer lebenden Entität zusammen zu fügen. Um von "Leben" zu sprechen, müssen für den ETH-Forscher drei Eigenschaften simultan auftreten: Stoffwechsel anhand eines Fliessgleichgewichtes, Selbstvermehrung und Evolution. Ansatzweise konnte Luisi sein System mit diesen Eigenschaften ausstatten. So gelang es ihm und seinen Mitarbeitern, aus einer Lipid-Doppelschicht bestehende Teilchen, Liposomen bezeichnet, zur Teilung und somit Vermehrung anzuregen. Doch die Liposomen bewährten sich auch als Einheiten, in denen Synthesereaktionen möglich sind. Mittels der Q-Beta-Replikase wurde in den Liposomen zum Beispiel RNA hergestellt und mittels der PCR-Reaktion DNA vermehrt. Doch nicht nur diese Reaktionen konnten in dem künstlichen zellähnlichen System durchgeführt werden. Die ETH-Forscher konnten Ribosomen einschleusen, die in lebenden Zellen für die Proteinsynthese zuständig sind. Diese eingeführten Ribosomen waren fähig, kurze Proteinfragmente zu produzieren.

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