Synthetische Biologie – die Synthese der Biologie

Abstract

Die synthetische Biologie befasst sich mit der gezielten Konstruktion von lebenden Biomaschinen aus standardisierten Komponenten, die vordefinierte Aufgaben in einer (selbst‐)kontrollierten Weise ausführen können. Unterschiedliche Forschungsstrategien und interdisziplinäre Ansätze werden verfolgt, um technische Prinzipien in die Biologie zu implementieren. Die “top‐down”‐Strategie greift auf die enorme Diversität der Natur zurück, um natürliche Komponenten künstlich in genetischen, metabolischen oder signalweiterleitenden Netzwerken mit vorhersehbaren und kontrollierbaren Eigenschaften zusammenzuführen. Dieser hauptsächlich von der Anwendung her gedachte Ansatz bringt lebende Fabriken hervor, die Wirkstoffe, Treibstoffe, Biomaterialien und Feinchemikalien produzieren. Man bekommt lebende Pillen an die Hand, bestehend aus konstruierten Zellen mit der Fähigkeit, Krankheiten in vivo autonom zu entdecken und zu behandeln. Im Gegensatz dazu versucht man in der “bottom‐up”‐Strategie, sich von bestehenden lebenden Systemen unabhängig zu machen und biologische Systeme von Grund auf neu zu entwerfen. So sollen künstliche biologische Gebilde synthetisiert werden, die es in der Natur nicht gibt. Dieser eher wissensgetriebene Ansatz untersucht die Rekonstruktion minimaler biologischer Systeme, die grundlegende biologische Phänomene wie Selbstorganisation, Selbstreplikation und Selbsterhaltung hervorbringen können. Die Synthese künstlicher biologischer Einheiten wie synthetischer Nucleotide oder Aminosäuren und ihr Einbau in Polymere im Inneren lebender Zellen stellt gegenwärtig die Grenze zwischen natürlichen und künstlichen biologischen Systemen dar. Insbesondere Entwurf und Synthese ganzer Genome in vitro und ihre Übertragung in Wirtzellen sowie die Anwendung effizienter genomweiter Manipulationstechniken deuten auf die Zukunft der synthetischen Biologie: die Erschaffung lebender Designerzellen mit maßgeschneiderten erwünschten Eigenschaften für Biomedizin und Biotechnologie.

A Green-Light-Responsive System for the Control of Transgene Expression in Mammalian and Plant Cells

“…I nducible gene switches are core innovations in synthetic biology that enable the programming of cellular function. 1,2 Such programming has provided novel opportunities in functional genomics 3 as well as in drug discovery 4 but has also enabled the implementation of smart biomaterials 5 or the design of closed loop-controlled gene and cell therapeutic networks. 6,7 Inducible gene expression technology in mammalian cells was pioneered by antibiotic-responsive gene switches 8−10 and has rapidly expanded in the inducer spectrum.…”