Stellen Sie sich vor, man könnte die Zelle eines Baumes so programmieren, dass sie in die Form eines Hauses wächst oder dass die Blätter phosphoreszierende Zellen enthalten, nachts aufleuchten und so Straßenlaternen ersetzen. Oder stellen Sie sich vor, Sie verwenden die Verpackungen von Produkten, um Ihren Rasen zu düngen.

Möglich wird das mit sogenannter synthetischer Biologie – und die ist längst keine Science-Fiction mehr. Wahrscheinlich haben Sie, ohne es zu wissen, sogar schon ein Produkt konsumiert, das mithilfe synthetischer Biologie hergestellt wurde. Synthetische Biologie ist eine grundlegend neue Art, Dinge herzustellen, und wir kratzen gerade erst an der Oberfläche dieser revolutionären Technologie. Sie ist eine Sammlung von Instrumenten, die es uns ermöglichen, präzise Veränderungen an den Genen von Organismen vorzunehmen. DNA ist das Erbmaterial, das in den Zellen fast aller Organismen, auch des Menschen, vorkommt. Menschen manipulieren seit Jahrtausenden die DNA von Pflanzen und Tieren, indem sie selektiv Pflanzen und Tiere mit wünschenswerten Merkmalen züchten.

Veränderte Mikroorganismen

Aber die jüngste Entwicklung der sogenannten Genscheren, wie Crispr-Cas 9, machen es möglich, DNA schneller und effizienter als je zuvor zu verändern. Der übliche Prozess besteht darin, Gensequenzen zu identifizieren, die Organismen bestimmte Eigenschaften verleihen, und sie dann in andere Mikroorganismen einzufügen, um damit die gewünschten Proteine oder Eigenschaften zu produzieren. Jetzt geht die Forschung noch weiter, indem sie völlig neue biologische Organismen und Systeme erschafft, die so in der Natur nicht existieren.

Was vor einem Jahrzehnt im Gesundheitsbereich begann, breitet sich nun auf viele andere Sektoren aus. Im Laufe der Zeit wird die synthetische Biologie wahrscheinlich einen tiefgreifenden Einfluss auf unsere Welt haben, indem sie die Art und Weise verändert, wie eine Vielzahl von Produkten hergestellt wird, von im Labor gezüchtetem Fleisch über Kosmetika bis hin zu biologisch abbaubaren Verpackungen.

Treibhausgase senken

Produkte, die mit dieser Technologie produziert werden, können laut Fachwelt viel nachhaltiger sein als solche, die mit herkömmlicher energieintensiver chemischer Synthese oder traditioneller Landwirtschaft hergestellt werden. Bis etwa 2050 könnten direkte Anwendungen der synthetischen Biologie die jährlich durchschnittlich vom Menschen verursachten Treibhausgasemissionen um sieben bis neun Prozent gegenüber den Emissionswerten von 2018 reduzieren. Die Technologie ist unerlässlich, um die Pariser Klimaziele zu erreichen, und viele Unternehmen nutzen die synthetische Biologie bereits für wichtige Anwendungen wie die nachhaltige Produktion von Lebensmitteln, Materialien und Bioenergie.

Ein Beispiel ist das in Großbritannien ansässige Unternehmen Colorifix, das DNA von Tieren oder Pflanzen, die für die Produktion von Farbpigmenten verantwortlich ist, in einen Mikroorganismus editiert, um dann Farbstoffe für Kleidung und andere Produkte herzustellen. Das Unternehmen gibt an, dass sein Verfahren mindestens 68 Prozent weniger Wasser verbraucht als herkömmliche Färbeverfahren und bis zu 90 Prozent weniger als Kunstfaserverfahren.

Biologisch abbaubar

Neben einem geringeren CO2-Fußabdruck der Produktion können Produkte der synthetischen Biologie auch biologisch abbaubarer gemacht werden. Das US-Unternehmen Paradise Packaging verwendet beispielsweise synthetische Biologie, um ein robustes, holzähnliches Material für Produktverpackungen herzustellen, das sich in 30 bis 45 Tagen vollständig biologisch abbaut. Und erst letztes Jahr kündigte der Einzelhandelsgigant Nike eine Partnerschaft mit einem Unternehmen an, das einen Weg entdeckte, ein Plastikersatzmaterial herzustellen, indem es Treibhausgase aus der Luft zieht – und damit einen negativen CO2-Fußabdruck schafft.

Von der Verwendung von CO2 aus der Luft als Rohstoff bis hin zur Herstellung vollständig biologisch abbaubarer Produkte wird die synthetische Biologie den ökologischen Fußabdruck unseres täglichen Lebens verändern, angetrieben von den weltweiten Klimaschutzmaßnahmen. Wir sollten jedoch nicht die Notwendigkeit vergessen, ökologische Lebensräume wiederherzustellen und planetarische Kipppunkte zu verhindern.

Umweltverschmutzung reduzieren

Fortschritte in der synthetischen Biologie können auch dabei helfen, die Umweltverschmutzung zu reduzieren, indem sie das Potenzial von Mikroben zur Dekontaminierung von Boden und Wasser nutzen. In einem als Bioremediation bezeichneten Prozess nutzen Mikroben Schadstoffe als Energie, um organische Verbindungen abzubauen und unerwünschte anorganische Substanzen aus der Umwelt zu absorbieren. Synthetische Biologie wird verwendet, um diese Fähigkeiten zu verbessern, indem gentechnisch veränderte Mikroorganismen geschaffen werden, mit denen das Gleichgewicht der Natur nach Umweltverschmutzung schneller und effektiver wiederhergestellt werden kann.

Die neuesten wissenschaftlichen Fortschritte befassen sich mit der Verwendung bakterieller Enzyme, die das Potenzial haben, Kunststoffe an Recyclingstandorten oder umweltbelasteten Orten abzubauen. Synthetische Biologie wird auch verwendet, um CO2 aus der Atmosphäre zu gewinnen und es in nutzbare Produkte umzuwandeln, indem CO2-fressende Organismen genetisch modifiziert werden. Beispielsweise könnten mithilfe von Bakterien, die mit CO2 gefüttert werden, Proteine produziert werden, um Fisch in Fischmehl zu ersetzen. Infolgedessen könnte die synthetische Biologie dazu beitragen, CO2 in der Atmosphäre zu reduzieren und gleichzeitig den Bedarf an Fisch zu verringern.

Präzise Lösungen

Die gezielte genetische Veränderung lebender Organismen könnte bald alles verändern. Während wir darum kämpfen, nichtnachhaltige Praktiken zu verändern, um unser globales Wachstum und unsere wirtschaftliche Entwicklung ohne Preiserhöhungen und globale Ungleichheit voranzubringen, bietet die Biologie Inspiration und Hoffnung. In einer sich schnell verändernden Welt, die mit erheblichen globalen Herausforderungen konfrontiert ist, von Pandemien bis Klimawandel, kann die synthetische Biologie schnelle, präzise und nachhaltige Lösungen anbieten. (Tara Shirvani, 29.3.2022)