Der erste biologische Teleportator befindet sich im Labor von Synthetic Genomics Inc. (SGI) befindet sich im Erdgeschoss eines Gebäudes in San Diego und sieht aus wie ein großer Gerätewagen.
In Wirklichkeit ist dieses Gerät eine Sammlung kleiner Maschinen und Laborroboter - miteinander verbunden bilden sie ein großes Gerät. Es ist in der Lage, etwas Beispielloses zu tun, nämlich einen digitalen Code zum Drucken von Viren zu übertragen.
In einer Reihe von Experimenten, die letztes Jahr in die Endphase eingetreten sind, haben SGI-Wissenschaftler genetische Anweisungen von anderen Stellen im Gebäude gesendet, um DNA von häufigen Influenzaviren automatisch zu replizieren. Auf die gleiche Weise stellten sie einen funktionierenden Bakteriophagen her (ein Virus, das Bakterien infiziert).
Obwohl dies nicht das erste Mal ist, dass ein Virus aus Teilen der DNA hergestellt wurde, ist es das erste Mal, dass ein Virus in einem automatischen Modus ohne manuelle Operationen erstellt wurde.
Das Gerät, das als "Digital-Biologisch-Wandler" bezeichnet wird, wurde im Mai vorgeführt. Bisher ist dies nur ein Prototyp, aber in Zukunft könnten solche Tools biologische Informationen vom Ort der Epidemien direkt an die Impfstoffhersteller übertragen oder personalisierte Medikamente auf Anfrage direkt beim Patienten "drucken".
„Seit einem Jahrzehnt träumen wir davon, Lebensformen faxen zu können“, sagt Juan Henriquez von Excel Ventus, einer Risikokapitalgesellschaft, die in SGI investiert hat. Er stellt sich eine neue industrielle Revolution vor, die auf einem "digital-biologischen Konverter" basiert, der genauso groß ist wie die Revolution, die einst der Baumwollpflücker hervorgebracht hat.
Craig Venter, ein Dissidentenbiologe, der Synthetic Genomics 2005 gründete (obwohl er nicht mehr täglich an seinen Aktivitäten teilnimmt), schlägt die Möglichkeit einer interplanetaren Übertragung von Lebensformen vor.
"Er hat es mit Elon Musk besprochen", sagt Dan Gibson, SGIs Vizepräsident für DNA-Technologie.
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Influenzaviren
Im Gegensatz zu Craig Venter, der für große Aussagen und ehrgeizige Pläne bekannt ist, ist Gibson unter Biologen für seine Beteiligung an der Gibson Assembly bekannt - eine Reaktion, bei der kleine DNA-Stücke, die in einem Labor gewonnen wurden, zu größeren Genen verschmelzen.
Der kommerzielle DNA-Drucker BioXP 3200 von SGI ist das Herzstück des Digital-Biologisch-Konverters. Wenn Gibson im Büro eine Nachricht an den Konverter sendet, beginnt er mit vorinstallierten Chemikalien zu arbeiten. Wir würden eine solche Nachricht von überall senden.
Ende Mai enthüllte Gibsons Team, wie mit einem Drucker DNA, RNA, Proteine und Viren "automatisch aus digital übertragenen DNA-Sequenzen ohne menschliches Eingreifen" erzeugt wurden.
Die Arbeiten am Digital-Biological-Konverter begannen 2013, als SGI und der Arzneimittelhersteller Novartis einen Test durchführten, um festzustellen, ob Daten aus der Influenza-Epidemie verwendet werden können, um schnell Samenviren zu erzeugen, die bei der Impfstoffherstellung verwendet werden.
Die Verifizierungsmöglichkeit bot sich im März dieses Jahres, als die Chinesen eine Epidemie des H7N9-Influenzavirus ankündigten und seine DNA-Sequenz öffentlich zugänglich machten. (Das H und N im Namen des Influenza-Typs beziehen sich auf Hämagglutinin und Neuraminidase, Proteine auf der äußeren Hülle des Virus, die das menschliche Immunsystem erkennt.) „Es war Ostersonntag“, erinnert sich Gibson, „als ich eine E-Mail über die Viruspanik in China erhielt. Vogelgrippe H7N9. So konnten wir die DNA-Sequenz sehr schnell erhalten."
Zwei Tage später synthetisierte SGI ohne Zugang zu Proben mit nur digitalen Sequenzen die H- und N-Protein-Gene auf einem DNA-Drucker. Diese DNA-Stränge wurden an Novartis gesendet, wo sie einen Virusstamm erzeugten, der neue genetische Informationen für die Produktion enthielt Impfungen. Damals wurde die Idee eines Digital-Biologisch-Wandlers Wirklichkeit, sagt Gibson. "Ich sagte, können wir alles in einer Box zusammenfassen?", Erinnert er sich.
Gibson hofft, mit dem Gerät ein lukratives Geschäft aufzubauen. "Stellen Sie sich vor", sagt er, "dass das Zentrum für die Kontrolle und Prävention von Infektionskrankheiten in Atlanta die genetischen Informationen für einen Antikörper gegen eine Krankheit wie Ebola entschlüsselt, die eine Epidemie bedroht." Dieser Code kann an Konverter auf der ganzen Welt gesendet werden und die Produktion des Gegenmittels kann beginnen. Ich glaube, dass es in naher Zukunft möglich sein wird."
Fehlerprobleme
So auffällig die Fähigkeit ist, das Leben zu programmieren und aus der Ferne zu verbreiten, so nützlich bleibt die Nützlichkeit der biologischen Teleportation. Der Aufbau eines kleinen Bestands an Samenviren ist wichtig, aber nur ein Schritt zur Herstellung eines Impfstoffs in greifbaren Mengen für ein ganzes Land. Die abgeschwächten Viren, die in Grippeschutzimpfungen gefunden werden, müssen in Billionen in Hühnereiern gezüchtet werden - ein sorgfältig geplanter Prozess, der sechs Monate dauert.
„Die vom SGI-Konverter produzierten DNA-Stränge sind immer noch anfällig für Fehler oder zufällige Mutationen. Diese Mutationen werden inakzeptabel hoch sein … für die Herstellung von Impfstoffen oder Pharmazeutika “, schreibt David Evans, Virologe an der University of Alberta.
Und doch, so Evans, "gibt es zwar in jedem einzelnen Schritt wenig Neues, aber die Schritte zur Herstellung funktioneller DNA sind ziemlich beeindruckend … Lösen Sie das Fehlerproblem und Sie haben ein Gerät, das jeder haben möchte."
Gibson sagt, er suche nach einer Lösung für das Fehlerproblem und versuche auch, den Konverter auf eine akzeptable Größe zu verkleinern. Jetzt nimmt das Gerät die Lautstärke eines Fiat 500 auf.
Panspermia
SGI hat noch kein "gedrucktes Leben" - die meisten Biologen betrachten Viren nicht als lebendig. Aber das Unternehmen kann sich dem nähern. Im Jahr 2016 kündigte SGI die Schaffung einer "Minimalzelle" an, eines Bakteriums mit dem kleinsten Genom von allen, das als Kassette für die Aufzeichnung neuer genetischer Anweisungen dienen könnte. Da "die minimale Zelle die einfachste Form des Lebens ist", sagte Gibson, wäre es logisch, zu versuchen, sie zu drucken.
Einige SGI-Unterstützer, darunter Craig Venter, machen deutlich, dass die ultimative Stufe für Drucker-DNA die Übertragung von Lebensformen zwischen Planeten sein wird. In dem vorgeschlagenen Szenario könnte eine Maschine - der Schöpfer von DNA-Ketten aus Fragmenten - zum Mars geschickt werden, um den genetischen Code aller lebenden oder ihnen nahestehenden Formen zu erhalten.
Diese Daten könnten dann an einen Konverter auf der Erde übertragen werden, der die außerirdische Lebensform rekonstruieren würde, möglicherweise in einem Hochsicherheitslabor. Eine Gruppe von SGI-Mitarbeitern arbeitete 2013 kurz mit NASA-Wissenschaftlern in der Mojave-Wüste zusammen und testete verschiedene Aspekte der Theorie. "Wir haben den Bus mit allem beladen, was wir brauchten, einige der Proben isoliert und sequenziert", sagte Gibson.
Das Senden von Informationen über das Leben in den Weltraum kann von noch größerem Interesse sein. Eine Theorie für den Ursprung des Lebens auf der Erde, bekannt als Panspermie, war, dass das Leben von einem Meteoriten oder Kometen gebracht wurde. Das Senden von biologischen Konvertern in den Weltraum wäre eine Art "Rückzahlung" der Menschheit, sagt Juan Enriquez, indem das Leben weiter verbreitet wird.
"Ich möchte etwas außerhalb dieser Welt tun - so etwas zum Mars schicken und Treibstoff drucken oder einen Teil der Atmosphäre oder Nährstoffe drucken", sagt er.
Dies wirft die Frage auf, welche Lebensform oder welche genetische Sequenz zuerst gesendet werden soll. Craig Venter verwendete heimlich seine eigene DNA für die erste menschliche Genomsequenz, die 2003 veröffentlicht wurde.
Auf die Frage, ob Venter sein Genom auf einem anderen Planeten reproduzieren würde, antworteten Gibson und Enriquez gleich: "Kein Kommentar."
Vadim Tarabarko
