funktionsfhigzuanke8

SynthetischeBiologieSyntheticBiologyStandortbestimmungPositionPaperStndigeSenatskommissionfürGrundsatzfragenderGenforschungderDeutschenForschungsgemeinschaftPermanentSenateCommissiononGeneticResearchoftheGermanResearchFoundationDFGStand:Juli2018Ansprechpartner:Dr.
NikolaiRafflerLebenswissenschaften1:MolekulareundOrganismischeBiologieTel.
:+49228885-2441nikolai.
raffler@dfg.
deUmschlagbild:DFG/RafflerInhaltsverzeichnisInhaltsverzeichnis31Vorwort.
42ZusammenfassungundEmpfehlungen.
53Einführung74WissenschaftlicheEntwicklungen94.
1ZentraleWerkzeugeundTechnologienzurUmsetzungdesKonzeptsderSynthetischenBiologie94.
2PrinzipienundAnstzederSynthetischenBiologie114.
3AnwendungenderSynthetischenBiologie.
165DieSynthetischeBiologieinderffentlichenDebatte185.
1BewertungderbiologischenSicherheit.
185.
2EthischeDebatte.
215.
3DiskussioneninderPolitik.
256Anhang.
27MitgliederderStndigenSenatskommissionfürGrundsatzfragenderGenforschungsowieGste.
27PositionPaperSyntheticBiology314Vorwort1VorwortTechnologischeMglichkeitenbergenChancenundRisiken.
DasistimBereichderWissenschaf-tennichtandersalsindenübrigenTeilenderGesellschaft.
Stetsgehtesdarum,Vor-undNach-teilegegeneinanderabzuwgenundinhaltlicheEinschtzungengemeinsammitanderenzudis-kutieren.
VoraussetzungfürsolcheProzessegesellschaftlicher,wissenschaftlicherundwissen-schaftspolitischerUrteilsbildungsindanderSacheorientierteInformationen.
DazumchtedieDFGmitdervorliegendenStandortbestimmungzurSynthetischenBiologieeinenBeitragleisten.
SieordnetdiewissenschaftlichenEntwicklungenseitVerffentlichungeinererstenStellung-nahmeausdemJahr2009einundbeleuchtetffentlicheDiskussionenundmglicheHandlungs-bedarfe.
EinebesondereHerausforderungderSynthetischenBiologieistdiemangelndeAbgrenzbarkeitderdarunterfallendenFachgebieteunddieausderenErgebnissenerwachsendenAnwendungs-perspektiven.
DietechnologischenEntwicklungen,dieausderSynthetischenBiologiehervorgehen,sindviel-fltigundbergengroesPotenzial–mitvielenChancen,aberauchmglichenRisiken.
DieVer-sachlichungderDebatteistdahervonbesondererBedeutung,wennesdarumgeht,kritischeReflexionunddiskursiveRationalittzuermglichen.
WissenschaftsgeleiteteUrteilskraftistjederzeitvonnten,umwissenschaftlicheaberauchpoliti-scheEntscheidungentreffenzuknnen.
ImVorfeldsollteesjedocheinesorgfltigeVorbereitungderEntscheidungsgrundlagegeben.
DievorliegendeStandortbestimmung,inhaltlichmitgetragenvonderNationalenAkademiederWissenschaftenLeopoldina,willdazubeitragen.
MgesiedieinteressiertenLeserinnenundLeserbereichernunddenpolitischVerantwortlichennützen.
September2018ProfessorinDr.
KatjaBeckerVizeprsidentinDeutscheForschungsgemeinschaftVorsitzendederStndigenSenatskommissionfürGrundsatzfragenderGenforschungZusammenfassungundEmpfehlungen52ZusammenfassungundEmpfehlungenEineVielzahlmethodischerNeu-undWeiterentwicklungenhabendieArbeitenimRahmenderSynthetischenBiologieseiteinererstenBetrachtungdurchdieDeutscheForschungsgemein-schaft,acatech–DeutscheAkademiederTechnikwissenschaftenunddieDeutscheAkademiederNaturforscherLeopoldina–NationaleAkademiederWissenschaftenimJahr2009vorange-bracht.
IndervorliegendenStandortbestimmungwerdendieseithererfolgtenwesentlichenwis-senschaftlichenFortschrittebenannt,undeineEinordnungindieaktuellenffentlichenDebattenwirdvorgenommen.
AlsKernaussagendieserStandortbestimmungknnenfestgehaltenwerden:VonWissenschaftlerinnenundWissenschaftlernwirdSynthetischeBiologiealseineHer-angehensweise,einKonzeptverstanden.
Eshandeltsichnichtumeininhaltlichklarumrissenes,definiertesForschungsfeld.
NotwendigisteineklareUnterscheidungzwischendiesemKonzeptunddenzugrundelie-gendenMethodenundTechniken.
DieinffentlichenDiskussionenoftzubeobachtendeVermi-schungderBegrifflichkeiten,insbesonderedieGleichsetzungvonmethodischenAnstzenmitSynthetischerBiologie,istauswissenschaftlicherSichtnichtzielführend.
DieneuenMglichkeitenzurGenomsyntheseundGenomeditierunghabenalszentraleWerkzeugeundTechnologienzurUmsetzungdesKonzeptsderSynthetischenBiologiebedeu-tendeErgebnissehervorgebracht.
AusbauundWeiterentwicklungderPrinzipienundAnstzederSynthetischenBiologiebergenauchfürdieZukunfthohesInnovationspotenzial.
DieseNutzungspotenzialemüssenmitmglichenRisiken–fürdiebiologischeSicherheit(Biosafety)unddenmglichenMissbrauch(BiosecurityundDualUse)–sowiehinsichtlichethi-scherFragenabgewogenwerden.
DafüristeinespezifischeEinzelfallbetrachtunggeplanterAr-beitennotwendig.
BezüglichderbiologischenSicherheitlassendiezumjetzigenZeitpunktbekanntenArbei-tenkeinneuesGefhrdungspotenzialerkennen.
SiewerdendurchexistierendeRegelungen,ins-besonderedasGentechnikgesetzunddasCartagena-Protokoll,adquatabgedeckt.
DieethischenFragen,diesichausdenForschungsanstzenderSynthetischenBiologieergeben,sindnichtneu.
SieknnenindasbisherigeSpektrumethischerFragenimBereichderGentechnologieundderStammzellforschungeingeordnetwerden.
Dasheitjedochnicht,dasssichdieseFragenauchinZukunfterübrigen.
DieGefahrderGrenzüberschreitungbestehtdann,wennderMenschdieSteuerungsmachtüberdievonihmentwickeltenTechnologienverliert–seies,dassdieTechnologienselbstauerKontrollegeratenundnichtmehrseinerSteuerungun-6ZusammenfassungundEmpfehlungenterliegen,seies,dasseszuirreversiblerZerstrungderUmweltundmenschlicherLebensbedin-gungenkommt.
UnerlsslichistdahereineproaktiveethischeBegleitungderwissenschaftlichenFortschritte.
ZudemsollteauchweiterhineinengesMonitoringderEntwicklungendurchdieZentraleKommissionfürBiologischeSicherheit(ZKBS)erfolgen.
DasAugenmerksolltedabeivorallemaufneuartigeKonzeptegelegtwerden,insbesonderedieIdeenzurEntwicklungautonomrepli-zierenderSysteme,dieohneeinenatürlicheBlaupauseerzeugtwerden(artificiallife").
DiesesindderzeitnochweitvoneinerRealisierungentfernt.
Gleichwohlistesunentbehrlich,dieEnt-wicklungenaufmerksamundproaktivzubegleitenundvorausschauendmglicheregulatorischeundethischeFragenzudiskutieren,umnotwendigeAnpassungenrechtzeitigvornehmenzukn-nen.
Soistzuklren,welchenRegelungensolcheSysteme,dienichtzwangslufigalsgentech-nischvernderteOrganismenklassifiziertwerdenmüssen,unterfallenundwiedieKriterienfüreineadquateRisikoabschtzungund–wennnotwendigSicherheitsmanahmen–gestaltetseinsollten.
ZudemisteineproaktiveethischeBegleitung,inderChancenundRisikengegeneinanderabgewogenwerden,erforderlich.
FragenderSynthetischenBiologiesindindenvergangenenJahrenimmerwiederGegen-standdergesellschaftlichenundpolitischenDiskussiongewesen.
DerSchwierigkeitinderAb-grenzungdesForschungsgebietsfolgend,wurdedabeieinesehrheterogeneundvielfachauchsehrweitgehendeAuslegungdesBegriffsSynthetischeBiologie"vorgenommen,dieauchneuegentechnischeMethodenodersogardiegesamteGentechnologieumfasste.
AusSichtderWis-senschaftistdieserAnsatzwenigzielführend.
Esistzuunterscheidenzwischendurchexistie-rendeGesetzeundVereinbarungenhinreichendreguliertenArbeitenundsolchen,dieneueFra-genaufwerfen.
AuchdieDiskussionenimRahmenderBiodiversittskonvention(ConventiononBiologicalDiversity,CBD)solltensichhinsichtlichderSicherheitsbewertungvonsynthetisch-biologischher-gestelltenOrganismeninsbesondereaufderenpotenzielleneueEigenschaftenkonzentrierenso-wieaufsolcheOrganismen,diewedergentechnischvernderteOrganismen(GVO)imSinnedesGentechnikgesetzesnochlebendevernderteOrganismen(LVO)nachdenRegelungendesCartagena-Protokollsdarstellen.
Einführung73EinführungInderVerffentlichungSynthetischeBiologie–Standpunkte"1durchdieDeutscheForschungs-gemeinschaft(DFG),acatech–DeutscheAkademiederTechnikwissenschaften–unddieDeut-scheAkademiederNaturforscherLeopoldina–NationaleAkademiederWissenschaften–wur-denimJahr2009dieChancenundHerausforderungendiesesForschungsfeldsbetrachtet.
DieStellungnahmeentstandaufBasiseineswissenschaftlichenWorkshops,beleuchtetwurdenei-nigeausgewhlteForschungsfeldersowiemglichewissenschaftliche,gesellschaftlicheundpo-litischeChancenundHerausforderungen.
DieSynthetischeBiologieisteinnochimmerrechtjungerForschungszweiganderSchnittstellevonBiologieundIngenieurwissenschaften.
Miteinemsynthetisch-biologischenAnsatzwerdendasDesignunddieHerstellungvonbiologischenSystemenmitneuenFunktionalittenodereinerneuenKombinationvonFunktionalittenangestrebt,zudenenbishernochkeinPendantausderNaturbekanntist.
IndiesemZusammenhangverfolgtdieSynthetischeBiologieunterschiedlicheKonzepte,diesichvonderGenerierungbiologischerBausteineüberganzeNetzwerkevonBio-molekülenbishinzurDe-novo-SynthesevonnatürlichenSystemen(Zellen)erstrecken.
SchonimRahmenderStellungnahmeausdemJahr2009wurdebetont,dassSynthetischeBio-logiekeinklarumgrenztesForschungsgebietdarstellt.
EinestrikteAbgrenzungvondenseitmehrals40JahrenimEinsatzbefindlichengentechnischenundbiotechnologischenVerfahrenistnichtmglich.
Auchistesnichtzielführend,dieSynthetischeBiologiealleinübereinMethodenspekt-rumzudefinieren.
SynthetischeBiologiekanneheralseineWeiterentwicklungderbeteiligtenDisziplinenunddervonihnenverfolgtenZieleverstandenwerden.
HierbeiarbeitenWissenschaft-lerinnenundWissenschaftlerderunterschiedlichstenFachrichtungenzusammen,umbiologischeSystememitneuen,definiertenEigenschaftenzukonzipieren.
AusSichtderWissenschaftbe-gründetalleindiekonzeptuelleStrategiezurErzielungeinesErgebnissesdieBegrifflichkeitderSynthetischenBiologie.
NachwievorliegendieHauptanwendungsgebietederSynthetischenBiologieimBereichderGrundlagenforschung.
EsgibtabermittlerweileersteprominenteAnwendungsbeispieleimbio-technologischenSektor(zumBeispielpharmazeutischaktiveSubstanzen,Plattformchemikalien,Bioplastik).
IndenmeistenFllenist–ganzimSinnedesobenbeschriebenenAnsatzes–nichtdasProduktselbst,sondernderHerstellungswegsynthetischoderdurchWerkzeugeundMetho-denderSynthetischenBiologieoptimiert.
AufgrunddernurunscharfmglichenDefinitiondesFeldeswirdinffentlichenDiskussionenofteinsehrweitgefassterBegriffzugrundegelegt,dergroeoderteilweiseauchalleBereichederGentechnologieundMolekularbiologieumfasst.
DieBegriffsdefinitionbeeinflusstdabeidieArt1DFG,acatech,Leopoldina.
SynthetischeBiologie.
Standpunkte.
2009,WILEY-VCHVerlagGmbH&Co.
KGaA,Wein-heim.
8EinführungundWeise,wiedieDiskussiongeführtwird.
DasführtzumTeilzuDebattenundEmpfehlungenzumUmgangmitSynthetischerBiologie,diezuexistierendenRegelungenredundantsindoderdiesensogarzuwiderlaufenknnen.
IndenvergangenenJahrengabeseineReihevonneuenwissenschaftlichenEntwicklungenimBereichderSynthetischenBiologie,dieinTeilenprominentindenMediendiskutiertwurden.
IndervorliegendenStandortbestimmungsollenzunchstdiewesentlichenwissenschaftlichenFort-schrittederzurückliegendenJahreeingeordnetundanschlieenddieffentlicheundpolitischeDiskussionzurSynthetischenBiologiebeleuchtetundmglicheneueHandlungsbedarfeanaly-siertwerden.
WissenschaftlicheEntwicklungen94WissenschaftlicheEntwicklungenInderWissenschafthatsichdasVerstndnisentwickelt,SynthetischeBiologiealsübergreifendesKonzeptzurrationalen,wissensbasiertenundmodularenKonstruktionbiologischerSystemean-zusehen.
IndiesemSinnehabensichbe-stimmteHerangehensweisenalsbeispielhaftfürdiesenForschungszweigherauskristallisiert:zielgerichteterAuf-undUmbaubestehenderbio-logischeroderaufbiologischenPrinzipienberu-henderSysteme,umbisherinderNaturnichtodernichtindieserKombinationbeschriebeneFunktionalittenzuschaffen.
Hierbeisollenver-strktDesignkonzepteausdentechnischenIn-genieurwissenschaftenzurAnwendungkom-men,wiebeispielsweiseStandardisierung,Mo-dularittundOrthogonalitt,die–sodieidealeVorstellung–eineumfassendeKonstruktionneuartigerundgleichzeitigfunktionalerSys-temeamReibretterlauben.
DavonabzugrenzenistderWeg,denmanbeschreitenmuss,umzudengenanntenFunktionali-ttenzugelangen.
DieservereintoftmalseineVielzahlvonTechnologien,diederGentechnik,derBiotechnologie,aberauchdenIngenieurwissenschaftenoderderChemiezuzuordnensind.
ImFolgendensollenzunchstdietechnologischenEntwicklungen(WerkzeugeundTechnolo-gien)nherbeleuchtetundimAnschlussübergeordnetePrinzipiendargestelltwerden.
4.
1ZentraleWerkzeugeundTechnologienzurUmsetzungdesKonzeptsderSynthetischenBiologieDieEntwicklungeninderSynthetischenBiologiehaben–genausowiedieForschungindengesamtenLebenswissenschaften–sehrvomrasantenFortschrittinderEntwicklungneueroderderWeiterentwicklungbestehenderTechnologienindenletztenJahrenprofitiert.
Gleichzeitigwa-rendieAnforderungenundHerangehensweisenderSynthetischenBiologieTreiberdestechno-logischenFortschritts.
WissenschaftlerinnenundWissenschaftlerhaben–inspiriertvomKonzeptderSynthetischenBiologie–bereitsbestehendeTechnikenweiterentwickeltoderinErmange-lungspezifischerWerkzeugeneuerfunden.
DieseMethodenwerdeninderganzenBreitederLebenswissenschafteneingesetzt,siesindnichtaufdenEinsatzinnerhalbderSynthetischenBio-logiebegrenztodergarderSynthetischenBiologiegleichzusetzen.
Modularitt:SchrittweiseZerlegungeineskomplexenSystemsinmglichsteindeutigdefiniertefunktionelleUntereinheitenundKomponenten.
EinGen,einProteinodereinganzerStoffwechselwegknnenbeispiels-weiseeinentsprechendesModuldarstellen.
Orthogonalitt:ImSinnedesingenieurwis-senschaftlichenPrinzipswirddarunterderge-zielteErsatzvonSystemkomponentendurchfremde,weitgehendautonomagierendeBau-teileverstanden.
SowirdgewissermaeneinebiologischeParallelwelt"durchnichtnatürlichvorkommendeBiomolekülegeschaffen.
10WissenschaftlicheEntwicklungenSoistdieHerstellungsynthetischerDNAundderenNutzung–eineEntwicklung,dievielesyn-thetisch-biologischeAnstzeerstmglichgemachthat–mittlerweileeineRoutineanwendungindergesamtenlebenswissenschaftlichenForschung.
DurchneueTechnologieentwicklungen,wiezumBeispielMiniaturisierungderSynthesedurchMikrofluidiksysteme,lichtgesteuerteSynthe-sechemieinVerbindungmitLithografieverfahren,DNA-Laser-PrintingoderSyntheseviaNano-poren,sindzukünftigeffizientereSynthesen,verbundenmitweiterenKostensenkungen,zuer-warten.
2,3,4,5DiesermglichtneueAnwendungen,zumBeispieldieSynthesevongroenGenom-abschnitten.
DieDNA-AssemblierungistweiterhineinstarkwachsendesFeldderTechnologieentwicklung.
IndenletztenJahrenisteineReiheimmerzuverlssigererundeffizientererMethodenzumAuf-undZusammenbauvonDNA-Molekülenentwickeltworden.
DadurchwirddieGenerierungvonDNAimMegabasen-Bereich(1Megabase=1MillionBasenpaare)mglich,alsoaufderGrenskalabakteriellerGenome.
DieseEntwicklungenhabendieForschungzusynthetischhergestelltenGe-nomenunddieumfangreicheModifikationvonGenomenstarkbefrdert.
BeispielesinddieSyn-theseundteilweiseModularisierung(physischeSortierungderGeneinfunktionelleGruppen)einesMycoplasma-Minimalgenoms6,7(siehedazuauchAbschnitt4.
2)unddasSynthetic-Yeast-2.
0-Projekt8.
ZwarhandeltessichzurzeitnochgrtenteilsumWunschdenken,aberauchPlne,dasvollstndigeHumangenomzusynthetisieren,werdenbereitsdiskutiert.
9DieVerfügbarkeitvonTechnologienzurgezieltenVernderungdernatürlichvorhandenengene-tischenInformationlebenderOrganismenhatindenletztenJahrenebenfallsstarkzugenommen.
EinigedieserTechnologienwerdenunterdenBegriffenGenomeditierungoderGenomchirurgiezusammengefasst.
VielerationaleTechnologienderSynthetischenBiologiehabendenSprungvondergrundlagenorientiertenForschungindiepraktischeAnwendungerfolgreichvollzogen.
2ChowBY,EmigCJ,JacobsonJM.
PhotoelectrochemicalsynthesisofDNAmicroarrays.
ProcNatlAcadSciUSA,2009,106:15219–15224.
3LeeCC,SnyderTM,QuakeSR.
Amicrofluidicoligonucleotidesynthesizer.
NucleicAcidsRes,2010,38:2514–2521.
4OlasagastiF,LiebermanKR,BennerS,CherfGM,DahlJM,DeamerDW,AkesonM.
ReplicationofindividualDNAmoleculesunderelectroniccontrolusingaproteinnanopore.
NatNanotechnol,2010,5:798–806.
5StoloffDH,WanunuM.
Recenttrendsinnanoporesforbiotechnology.
CurrOpinBiotechnol,2013,24:699–704.
6GibsonDG,GlassJI,LartigueC,NoskovVN,ChuangRY,AlgireMA,BendersGA,MontagueMG,MaL,MoodieMM,MerrymanC,VasheeS,KrishnakumarR,Assad-GarciaN,Andrews-PfannkochC,DenisovaEA,YoungL,QiZQ,Segall-ShapiroTH,CalveyCH,ParmarPP,HutchisonCA3rd,SmithHO,VenterJC.
CreationofaBacterialCellControlledbyaChemicallySynthesizedGenome.
Science,2010,329:52–56.
7HutchisonCA3rd,ChuangRY,NoskovVN,Assad-GarciaN,DeerinckTJ,EllismanMH,GillJ,KannanK,KarasBJ,MaL,PelletierJF,QiZQ,RichterRA,StrychalskiEA,SunL,SuzukiY,TsvetanovaB,WiseKS,SmithHO,GlassJI,MerrymanC,GibsonDG,VenterJC.
Designandsynthesisofaminimalbacterialgenome.
Science,2016,351:aad6253.
8http://syntheticyeast.
org9BoekeJD,ChurchG,HesselA,KelleyNJ,ArkinA,CaiY,CarlsonR,ChakravartiA,CornishVW,HoltL,IsaacsFJ,KuikenT,LajoieM,LessorT,LunshofJ,MauranoMT,MitchellLA,RineJ,RosserS,SanjanaNE,SilverPA,ValleD,WangH,WayJC,YangL.
TheGenomeProject-Write.
Science,2016,353:126–127.
WissenschaftlicheEntwicklungen11DurchMultiplexverfahrenmitgerichteterEvolution(multiplexautomatedgenomeengineering,MAGE)10konnteeinenderungundErweiterungdesgenetischenCodeserreichtwerden.
MittelsdieserTechnologieknnendienatürlichenPrinzipienderEvolutionautomatisiertundbeschleu-nigtwerden,umMikroorganismenundderenGenomesystematischzuoptimieren.
Ganzent-scheidendenEinflussaufdieMolekular-undZellbiologieunddamitauchaufdasFeldderSyn-thetischenBiologiehattesicherlichdieEinführungderCRISPR/Cas-Technologie11imJahr2012.
DadurchwurdedieErzeugungzielgerichtetergenetischerModifikationen(sowohlEntfernenalsauchEinfügenoderAustauschvonDNA-Sequenzen)vonBakterienbishinzuhherenmultizel-lulrenOrganismen(Pilze,Pflanzen,Tiere,Mensch)extremvereinfachtundbeschleunigt.
CRISPR/Cas-basierteTechnologienhabeninzwischenbreitinvieleBereichederGrundlagen-oderanwendungsorientiertenlebenswissenschaftlichenForschungEinzuggehalten.
SiewerdenallerdingsinderffentlichenWahrnehmungimmerhufigermitSynthetischerBiologiegleichge-setztbzw.
SynthetischeBiologiewirdaufdieseTechnologienreduziert.
CRISPR/Caswurdezu-nchstdurcherkenntnisorientiertemikrobiologischeGrundlagenforschungentdeckt.
DasKon-zeptderSynthetischenBiologiehatzurEntwicklungvonCRISPR/CasineinanwendbaresWerk-zeugbeigetragenundnutztdieseTechnologienun–genausowieauchvieleanderelebenswis-senschaftlicheDisziplinen,einschlielichderMedizin.
AlsneueEntwicklungkannauchdieverstrkteKombinationdesrationalenmolekularenDesignsmitexperimenteller(darwinistischer)EvolutionaufProtein-undfunktionellerRNA-Ebene,aberauchaufOrganismus-oderVirus-Ebenegesehenwerden(AdaptiveLaboratoryEvolution).
Ex-perimentelleEvolutionwirdimmerhufigerinKombinationmitsynthetisch-biologischenAnstzenzurOptimierunggenutzt,beispielsweiseumeinrationalentworfenesundimplementiertesStart-system(zumBeispieleinensynthetischenStoffwechselweg)weiterzuverbessern.
Alternativkanndurcheinrationales,synthetischesSystemSelektionsdruckineinebestimmteRichtunger-zeugtwerdenimSinneeinergerichtetenEvolution.
DadurchwirddasursprünglichstarkbetonteDesign-/Engineering-PrinzipderSynthetischenBiologieergnzt.
124.
2PrinzipienundAnstzederSynthetischenBiologieExemplarischwerdennachfolgendaneinigenBeispielenwichtigegrundlegendePrinzipienoderauchTrends–ohnedenAnspruchaufVollstndigkeit–skizziert,umsynthetisch-biologischeKonzeptezuveranschaulichen.
DiejeweiligenPrinzipiensinduntereinanderkombinierbarundgrenzensichsomitnichtvollstndigvoneinanderab.
Erneutmussherausgestelltwerden,dass10WangHH,IsaacsFJ,CarrPA,SunZZ,XuG,ForestCR,ChurchGM.
Programmingcellsbymultiplexgenomeengineeringandacceleratedevolution.
Nature,2009,460:894–898.
11JinekM,ChylinskiK,FonfaraI,HauerM,DoudnaJA,CharpentierE.
Aprogrammabledual-RNA-guidedDNAendo-nucleaseinadaptivebacterialimmunity.
Science,2012,337:816–821.
12MansR,DaranJG,PronkJT.
Underpressure:evolutionaryengineeringofyeaststrainsforimprovedperformanceinfuelsandchemicalsproduction.
CurrOpinBiotechnol,2018,50,47–56.
12WissenschaftlicheEntwicklungenzwischendenmolekulargenetischenMethodeneinerseitsunddenKonzeptenderSynthetischenBiologieandererseitsklarzuunterscheidenist.
Top-down-AnsatzUnteranderemwirdhierunterdieVerkleinerungeinesbestehenden(meistmikrobiellen)Genomsverstanden.
13DamitsollzumBeispieldieminimalegenetischeAusstattungeinesOrganismusidentifiziertwerden(Minimalgenom"),diebeispielsweisefürdasberlebenunterbestimmtenBedingungennotwendigist.
EntsprechendeErkenntnisseknnendannwiederumfürdieHerstel-lungvonsogenanntenProtozellen"(sieheunten)relevantsein.
Beispielsweisekanneinbeste-hendesMinimalgenomalsAusgangspunktfürdieweitereEtablierungkomplexererZellfunktiona-littengenutztwerden.
DerAuf-undZusammenbaudesobengenanntenMycoplasma-Minimal-genomsistsicherlicheineherausragendesynthetisch-chemischeLeistung,allerdingszeigenschonVersucheeinerNeusortierungderGene,dassmanwissenschaftlichvomechtenRei-brettdesignfunktionsfhigerGenomenochweitentferntist.
Bottom-up-KonstruktionselbstreplizierenderSystemeDieBottom-up-KonstruktioneinersynthetischenZelleausindividuellen,molekularenKomponen-ten(Protozelle")wirdaktuellalseinedergrtenwissenschaftlichenHerausforderungengese-hen.
DieFhigkeit,einsichselbstreplizierendes,ausbiologischenBauteilenaufgebautesSystemherzustellen,bedeutet,diegrundlegendenPrinzipienbiologischenLebensaufmolekularerEbenevollstndigrationalerfasstzuhaben.
DieseAnstzeversprechendieBeantwortunggrundlegen-derbiologischerFragendesLebensundbietenChancenaufrichtungweisendeTechnologieent-wicklungen.
14BasierendaufdenEntwicklungenundErfolgenderletztenJahrewirddiskutiert,dieseHerausforderungineinerinternationalenundinterdisziplinrenInitiativemiteinemZeit-horizontvonzehnbis20Jahrenanzunehmenundzulsen.
MehrereInitiativen(MaxSynBio15[MaxPlanckGesellschaft,DE]+BaSyC16[NL]+BrisSynBio17[UK])habensichgegründetundvernetzt,umdiegrundlegendenPrinzipienzuerforschen,diefürdenAufbauvonzellhnlichensynthetischenStrukturenvonntensind.
LiposomenspielenaufdemWegzumAufbausynthetischer,zurSelbstreplikationbefhigterSys-temeeineentscheidendeRolle.
18DabeihandeltessichumdurcheineLipidmembranbegrenzte13ChoeD,ChoS,KimSC,ChoBK.
Minimalgenome:WorthwhileorworthlesseffortstowardbeingsmallerBiotechnolJ,2016,11:199–211.
14JiaH,HeymannM,BernhardF,SchwilleP,KaiL.
Cell-freeproteinsynthesisinmicrocompartments:buildingaminimalcellfrombiobricks.
NBiotechnol,2017,S1871-6784(16)32503-1.
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Spontaneousencapsulationandconcentrationofbiologicalmacromoleculesinliposomes:anintriguingphenomenonanditsrelevanceinoriginsoflife.
JMolEvol,2014,79:179–192.
WissenschaftlicheEntwicklungen13KügelchenoderBlschen,dieeinerZellhüllehnelnundalsKompartimentfürbiologischeReak-tionendienen.
DurchdasgezielteZusammenfügenvonLiposomenmittelseines3-D-Druckerskonntenbereitslichtgesteuertekünstliche,gewebehnlicheStrukturengeneriertwerden,sodassinZukunftweitereinteressanteErkenntnisseimBereichdestissueengineering"zuerwartensind.
19Bislangistesjedochnochnichtgelungen,autonomreplizierendeSystemedenovozuerzeugen.
DieHerstellungautonomoszillierenderSysteme,dielediglicheinerEnergiezufuhrbe-dürfen,umeinesichstndigwiederholendeAbfolgebiochemischerReaktionenunabhngigvonweiterenuerenFaktorenaufrechtzuhalten,gelangbereits.
DieswirdalseinedernotwendigenVoraussetzungenzurRealisierungsynthetischerZellengesehen.
20WeitereEntwicklungenImVergleichzurHerstellungeinerProtozellesinddieArbeitenzurHerstellungfunktionaler,abernichtautonomreplizierendersynthetischerSystemeweiterfortgeschritten.
SolcheIn-vitro-(imReagenzglas)undteilweiseauchIn-vivo-Modelle(dieModuleundSystemeknnenBestandteilautonomreplizierenderSystemeseinoderwerden)sindalsweitereKonstruktionsanstzederSynthetischenBiologiezusehen.
InsbesonderedieIn-vitro-ZusammenstellungeinzelnerMo-dule"zukomplexenSystemen",diesobisherinderNaturnichtbeschriebensind,ermglichtneueFunktionalitten,vorallemzurHerstellungneuerStoffwechselwege.
BeispielhaftkannhierderinderNaturnichtindieserKombinationvorkommende,kürzlichpublizierteCO2-FixierungswegunterVerwendungvoninsgesamt17EnzymenausneunverschiedenenOrganis-men,darunterdreitechnischvernderteEnzyme,erwhntwerden.
21FürdiefunktionaleEtablie-rungdesneuenStoffwechselwegs,derzunchstamReibrettentworfenwurde,warenallerdingsmehrerenachtrglicheOptimierungenundModifikationendereingesetztenEnzymenotwendig,damitdieseunterdengleichenReaktionsbedingungenfunktionsfhigwurden.
InAnbetrachtderKomplexittderbiologischenSystemeundderneuzurealisierendenFunktio-nalitten,knneninsbesondereEntwurfsverfahrenausdenSystemwissenschaftenfürdieKon-zeptionamReibrettherangezogenwerden.
22DiesystematischeNaturdieserMethodenermg-lichtnichtnurdenschnellenEntwurfdereinzelnenModuleundSysteme,esknnendarüberhinausauchverschiedensteVorhersagenschonapriori,alsovorderUmsetzungimLabor,ab-geleitetwerden.
23DieseumfassenbeispielsweisedenEinflussvonStrgrenaufdiege-19VillarG,GrahamAD,BayleyH.
ATissue-LikePrintedMaterial.
Science,2013,340:48–52.
20LooseM,Fischer-FriedrichE,RiesJ,KruseK,SchwilleP.
Spatialregulatorsforbacterialcelldivisionself-organizeintosurfacewavesinvitro.
Science,2008,320:789–92.
21SchwanderT,SchadavonBorzyskowskiL,BurgenerS,CortinaNS,ErbTJ.
Asyntheticpathwayforfixationofcarbondioxideinvitro.
Science,2016,354,900–904.
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Signaldifferentiationwithgeneticnetworks.
Proceedingsofthe20thIFACWorldCongress,Toulouse,France,2017.
23SteelH,PapachristodoulouA.
DesignConstraintsforBiologicalSystemsThatAchieveAdaptationandDisturbanceRejection.
IEEETransactionsonControlofNetworkSystems,2018,5:807-817.
14WissenschaftlicheEntwicklungenwünschteFunktioneinesModuls(Robustheit)oderauchdasdynamischeVerhaltendesGesamt-systems(Stabilitt)undtragensomitdazubei,dieWahrscheinlichkeiteinesKontrollverlustsab-zuschtzenundminimierenzuknnen.
BemerkenswertsinddieBestrebungen,DNAoderXNA(sieheunten)alsdigitalenIn-vitro-undIn-vivo-Informationsspeicherzunutzen.
24,25AlsentscheidendeVorteilewerdendiepotenzieller-reichbareenormeSpeicherdichte(1018Bytespromm3)undbesondereLanglebigkeitdieserPoly-meregenannt.
26,27,28,29JedochistdasUmschreibenvondigitalerInformationinDNA-Sequenz,dieSyntheseunddasAuslesenderInformation,derzeitnochaufwendig.
hnlichwieindenletztenJahrenfürdieSequenzierungvonDNAwirdaberauchfürdieDNA-SyntheseeineEntwicklunghinzuniedrigerenKostenerwartet.
SomitkannDNAperspektivischeineAlternativezurLangzeit-datenspeicherungbasierendsowohlaufIn-vitro-alsauchaufIn-vivo-Systemendarstellen.
30,31NebendermglichenAnwendungvonDNAalsInformationsspeicherwerdenDNA-undRNA-PolymerebereitsalsstrukturbildendeBausteineinnanotechnologischenAnwendungeneinge-setzt.
DabeikanndieFormderBausteineüberihrecodierendeSequenzbeeinflusstundentspre-chendprogrammiertwerden.
32UnterdemBegriffDNA-bzw.
RNA-OrigamiwerdensowohlIn-vivo-alsauchIn-vitro-Anwendungenbeschrieben,dienebenderpassivenFunktionalsgerüst-gebendeKomponenteauchkomplexeKonstruktemitspezifischenFunktionenumfassen,wiezumBeispielDNA-GerüstezurOptimierungvonbiosynthetischenStoffwechselwegen33oderpro-grammierbareNanoroboter.
34DieLimitierungeninderSyntheseundBereitstellungausreichen-24ChurchGM,GaoY,KosuriS.
Next-generationdigitalinformationstorageinDNA.
Science,2012,337:1628.
25ShipmanSL,NivalaJ,MacklisJD,ChurchGM.
CRISPR-Casencodingofadigitalmovieintothegenomesofapopulationoflivingbacteria.
Nature,2017,547:345–349.
26GrassRN,HeckelR,PudduM,PaunescuD,StarkWJ.
RobustchemicalpreservationofdigitalinformationonDNAinsilicawitherror-correctingcodes.
AngwChemIntEd,2015,54:2552–2555.
27ZhirnovV,ZadeganRM,SandhuGS,ChurchGM,HughesWL.
Nucleicacidmemory.
NatureMater,2016,15:366–367.
28www.
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com/s/607880/microsoft-has-a-plan-to-add-dna-data-storage-to-its-cloud29www.
sciencealert.
com/microsoft-could-be-storing-data-on-dna-within-the-next-three-years30BlawatM,GaedkeK,HütterI,ChenXM,TurczykB,InversoS,PruittBW,ChurchGM.
ForwardErrorCorrectionforDNADataStorage.
ProcediaComputSci,2016,80:1011–1022.
31ErlichY,ZielinskiD.
DNAFountainenablesarobustandefficientstoragearchitecture.
Science,2017,355:950–954.
32http://cadnano.
org33CastellanaM,WilsonMZ,XuY,JoshiP,CristeaIM,RabinowitzJD,GitaiZ,WingreenNS.
Enzymeclusteringacceleratesprocessingofintermediatesthroughmetabolicchanneling.
NatBiotechnol,2014,32:1011–1018.
34DouglasSM,BacheletI,ChurchGM.
Alogic-gatednanorobotfortargetedtransportofmolecularpayloads.
Science,2012,335:831–834.
WissenschaftlicheEntwicklungen15derMengenansequenzspezifischer(undsomitstrukturspezifischer)DNAfürIn-vitro-Applikatio-nenkonntenimLabormastabbereitsüberwundenwerden,sodassprinzipielleineproduktions-technischeSkalierbarkeitdesDNA-Origami-Konzeptsgegebenist.
35GroeFortschrittesindauchimForschungsfeldderXenobiologiezubeobachten.
36Zielsetzungisthier,natürlicheNukleinsure-Moleküle(RNA,DNA)durchsynthetischeNukleinsure-Analoga(XNA)zuersetzen,umdamiteinehherechemischeStabilittsowieeineErweiterungdesge-netischenCodesundgleichzeitigauchdieHerstellungvonmodifiziertenProteinenzuerreichen.
37InzwischenistauchdieIn-vitro-ReplikationvonXNAgelungen.
38,39XNA-Bausteineknnender-zeitnichtdurchnatürlicheodermodifizierteOrganismensynthetisiertwerden.
DieklinischeForschungkristallisiertsichzunehmendalsweiteresAnwendungsfeldderSyntheti-schenBiologieheraus.
EskommenzumTeilkomplexeSystemezurBehandlungvonKrankheits-bildernzumEinsatz,oftmalsauchinKombinationmitelektrotechnischenundchemischenModu-len.
DiebiologischeKomponentebildetdabeimeisteinegentechnischvernderteeukaryotischeZelle,dieüberchemischeoderoptischeSignalezueinervorgegebenenAntwortstimuliertwird.
DiemodifiziertenZellensindnichtzurSelbstreplikationbefhigt,bergenaberprinzipielldiesesPotenzial,soferngrundlegendeFragestellungenzurkontrolliertenReplikationfremderZelleninexistierendenGeweben(zumBeispielimmenschlichenKrper)geklrtwerdenknnen.
Promi-nenteBeispieleumfassendieüberGedankeninduzierbareGenexpression40oderdieVerbesse-rungderKrankheitssymptomebeimitDiabetes-oderSchuppenflechteerkranktenMusenmittelsprogrammiertergenetischerSchaltkreise.
41,4235ElbazJ,YinP,VoigtCA.
GeneticencodingofDNAnanostructuresandtheirself-assemblyinlivingbacteria.
NatCommun,2016,7:11179.
36SchmidtM,PeiL,BudisaN.
Xenobiology:State-of-the-Art,Ethics,andPhilosophyofNew-to-NatureOrganisms.
AdvBiochemEngBiotechnol,2018,162:301–315.
37MalyshevDA,DhamiK,LavergneT,ChenT,DaiN,FosterJM,CorrêaIRJr,RomesbergFE.
Asemi-syntheticorganismwithanexpandedgeneticalphabet.
Nature,2014,509:385–388.
38PinheiroVB,HolligerP.
TheXNAworld:progresstowardsreplicationandevolutionofsyntheticgeneticpolymers.
CurrOpinChemBiol,2012,16:245–252.
39PinheiroVB,Arangundy-FranklinS,HolligerP.
CompartmentalizedSelf-TaggingforInVitro-DirectedEvolutionofXNAPolymerases.
CurrProtocNucleicAcidChem,2014,57:9.
9.
1–18.
40FolcherM,OesterleS,ZwickyK,ThekkottilT,HeymozJ,HohmannM,ChristenM,DaoudEl-BabaM,BuchmannP,FusseneggerM.
Mind-controlledtransgeneexpressionbyawireless-poweredoptogeneticdesignercellimplant.
NatCommun,2014,5:5392.
41YeH,XieM,XueS,Charpin-ElHamriG,YinJ,ZulewskiH,FusseneggerM.
Self-adjustingsyntheticgenecircuitforcorrectinginsulinresistance.
NatBiomedEng,2017,1:0005.
42SchukurL,GeeringB,Charpin-ElHamriG,FusseneggerM.
ImplantablesyntheticcytokineconvertercellswithAND-gatelogictreatexperimentalpsoriasis.
SciTranslMed.
2015,7,318ra201.
16WissenschaftlicheEntwicklungen4.
3AnwendungenderSynthetischenBiologieDieForschungundEntwicklungimakademischenUmfeldhatinzwischeneineVielzahlvonBei-spielenerbracht,diedasKonzeptderSynthetischenBiologieerfolgreichineinemeistprototypi-scheAnwendungumsetzen.
DerauseinemHochschulkursdesMassachusettsInstituteofTech-nology(MIT)imJahr2003hervorgegangeneWettbewerbiGEM(internationalGeneticallyEngi-neeredMachine)zeigtdaskreativePotenzialeindrucksvollauf.
InderFolgekonntensichbereitsaufSynthetischeBiologiefokussiertewissenschaftlicheJournaleetablieren,wiezumBeispielACSSyntheticBiology.
DieImplementierungdesKonzeptsderSynthetischenBiologieimtechnisch-konomischenSek-toristdemgegenübervergleichsweisewenigvorangeschritten,soferndasKriteriumeinerbislangnichtodernichtindererzeugtenKombinationbeschriebenenFunktionalittherangezogenwird.
AlsLeuchtturmprojekte,beideneneineKombinationausgeneticengineering"undElementenderSynthetischenBiologieeinenbedeutendenBeitragzurEtablierungeinesProduktionsprozes-seslieferte,knnendieHerstellungvon1,4-Butandiol,IsobutenundIsoprengesehenwerden,wobeidiebiotechnologischeHerstellungvon1,4-ButandiolausnachwachsendenRohstoffengleichzeitigwirtschaftlichsehrerfolgreichwar.
FürdieseGrundchemikaliederchemischenIn-dustrie,dieimMillionen-Tonnen-MastabweltweitVerwendungfindetundbislangreinpetroche-mischerzeugtwurde,konnteeinbiotechnologischesVerfahrenentwickeltwerden.
Einnatürlichvorkommender,mikrobiellerSynthesewegfür1,4-Butandiolistbisheutenichtentdecktworden.
43AlseinweiteresLeuchtturmprojektkanndieartifizielleSynthesedesAnti-Malaria-WirkstoffsAr-temisininangeführtwerden.
Ineinerpublic-privatepartnership"konnteübereinenZeitraumvonzehnJahreneininTeilenkünstlicherSynthesewegentworfenundbisindenProduktionsmastabentwickeltwerden.
Zielwares,denbisherausderPflanze(Artemisiaannua,einjhrigerBeifu)extrahiertenWirkstoffunabhngigvonErnteausflleninausreichendenMengenundzugeringe-renKostenverfügbarzumachen.
AlsbiologischerWirtsorganismuswurdedieBckerhefegen-technischstarkmodifiziertundauchartfremdeGeneausderPflanzeeingebracht.
SokonnteeinechemischnursehrschwerdarstellbareVorstufeerzeugtwerden,dienachfolgenddurcheineche-mischeKatalyseauerhalbderBckerhefeindenWirkstoffumgewandeltwurde.
DieserStoff-wechselwegkonnteinzwischenaucherfolgreichineinerNutzpflanze(Tabak)mithoherBio-masseproduktionumgesetztwerden.
44AusdenKonzeptenderSynthetischenBiologiehervorgegangeneWerkzeugefindenvielfltigenEinsatzinderanwendungsnahenForschungundalsSchlüsseltechnologiekommerziellerUnter-43YimH,HaselbeckR,NiuW,Pujol-BaxleyC,BurgardA,BoldtJ,KhandurinaJ,TrawickJD,OsterhoutRE,StephenR,EstadillaJ,TeisanS,SchreyerHB,AndraeS,YangTH,LeeSY,BurkMJ,VanDienS.
MetabolicengineeringofEscherichiacolifordirectproductionof1,4-butanediol.
NatChemBiol,2011,7,445–452.
44FuentesP,ZhouF,ErbanA,KarcherD,KopkaJ,BockR.
Anewsyntheticbiologyapproachallowstransferofanentiremetabolicpathwayfromamedicinalplanttoabiomasscrop.
eLife,2016,5.
pii:e13664.
WissenschaftlicheEntwicklungen17nehmen.
HiersindinsbesondereBiosensorenzunennen,diezumUmweltmonitoring,zurIdenti-fizierungvonWirkstoffkandidaten,oderzurOptimierungvonBiosynthesewegeneingesetztwer-den.
45,46,4745Bereza-MalcolmL,AracicS,MannG,FranksAE.
ThedevelopmentandanalysesofseveralGram-negativearsenicbiosensorsusingasyntheticbiologyapproach.
SensorsandActuatorsB:Chemical,2018,256,117–125.
46LiN,HuangX,ZouJ,ChenG,LiuG,LiM,DongJ,DuF,CuiX,TangZ.
Evolutionofmicrobialbio-sensorbasedonfunctionalRNAthroughfluorescence-activatedcellsorting.
SensorsandActuatorsB:Chemical,2018,258,550–557.
47SchulteJ,BaumgartM,BottM.
Developmentofasingle-cellGlxR-basedcAMPbiosensorforCorynebacteriumglutamicum.
JBiotechnol,2017,258,33–40.
18DieSynthetischeBiologieinderffentlichenDebatte5DieSynthetischeBiologieinderffentlichenDebatteImmerwiederwurdenindenvergangenenJahrenunterderberschriftSynthetischeBiologieDiskussionenzuverschiedenenThemenwieFragenderrechtlichenRegulierungoderauchderethischenBewertungderneuenMethodenundProduktegeführt.
AuchininternationalepolitischeDiskussionen,wiedieVerhandlungenimRahmenderBiodiversittskonvention(CBD),hatdasThemaSynthetischeBiologieEinzuggehalten.
DieseDiskussionsthemenwerdenunterBerück-sichtigungdesdargelegtenaktuellenwissenschaftlichenKenntnisstandsnachfolgendnherbe-leuchtet.
5.
1BewertungderbiologischenSicherheitInderbereitserwhntenStellungnahmeausdemJahr2009wurdedargelegt,dassdiemeistenderindenForschungsrichtungenderSynthetischenBiologieverwendetenmolekularbiologischenMethodenderGentechnikzuzurechnensind.
AusdamaligerSichtbestandenkeinespeziellenRisikendieserTechnologie,diebestehendengesetzlichenRegelungen–undhierinsbesonderedasaufdenentsprechendenEU-RichtlinienfuendeGentechnikgesetz–wurdenalsausreichendangesehen.
AufgrundderschnellenEntwicklungdesForschungsgebietswurdegleichzeitigvor-geschlagen,dieweiterewissenschaftlicheEntwicklungengzubegleitenunddieZentraleKom-missionfürBiologischeSicherheit(ZKBS),daszentraleGremiumzurSicherheitsbewertunggen-technischerArbeitenundOrganismen,miteinemMonitoringderSynthetischenBiologiezube-auftragen.
DieserAnregungistdaszustndigeBundesministeriumfürErnhrungundLandwirt-schaft(BMEL)nachgekommen.
DiegesetzlicheVerankerungderZustndigkeitderZKBSfürdieBewertungderbiologischenSicherheitvonForschungsarbeitenausdemBereichderSyntheti-schenBiologiestehtnochaus.
DieZKBShatimNovember2012einenerstenMonitoringberichtvorgelegt(Az.
:46012)48.
DarinwurdendiewissenschaftlichenFortschrittedargelegtundmitBlickaufdieFrageanalysiert,obesEntwicklungengibt,dieeineneueRegulierungerfordern.
AlsErgebnisdiesesBerichtswurdezumdamaligenZeitpunktkeinaktuellerHandlungsbedarfgesehen.
DieseEinschtzungwurdeauchdurchStellungnahmenandererOrganisationengestützt.
4948www.
bvl.
bund.
de/SharedDocs/Downloads/06_Gentechnik/ZKBS/01_Allgemeine_Stellungnahmen_deutsch/01_allgemeine_Themen/Synthetische_Biologie.
html49IneinerVerffentlichungderDechema(2011;http://dechema.
de/2011+Thesenpapier+zum+Status+der+Syntheti-schen+Biologie+in+Deutschland.
html)wirdinachtThesenderStandderSynthetischenBiologiekommentiert.
Insbe-sonderewirdauchindiesemPapiergesehen,dassdiederzeitgeltendenrechtlichenRegelungenzurBeurteilungdesGefhrdungspotenzialsderwissenschaftlichenArbeitenausreichen.
DerForschungsbericht(2012;www.
gentechnolo-giebericht.
de/publikationen/synthetische-biologie-2012)derinterdisziplinrenArbeitsgruppeGentechnologiebericht"derBerlin-BrandenburgischenAkademiederWissenschaftenrichtetseinAugenmerkinsbesondereaufdiePerspekti-venundImplikationenderSynthetischenBiologie.
ImBerichtwirdebenfallsdaraufverwiesen,dassgegenwrtigeForschungimBereichderSynthetischenBiologie(.
.
.
)indenrechtlichenRahmenfürgentechnologischeForschung"fllt.
DieseEinschtzungteilenauchdiewissenschaftlichenAusschüssederEuropischenKommission(2014;https://ec.
europa.
eu/health/sites/health/files/scientific_committees/emerging/docs/scenihr_o_044.
pdf),allerdingsver-bundenmitdemHinweis,dasseinzelneTeilbereicheoderErzeugnissederSynthetischenBiologieausdemgeltendengentechnikrechtlichenRechtsrahmenauchherausfallenknnten.
DieSynthetischeBiologieinderffentlichenDebatte19Auchdieseitdemerfolgten,aufdenvorangehendenSeitenskizziertenwissenschaftlichenEnt-wicklungengebenderzeitkeinenAnlass,dieseAuffassungzurevidieren.
DieobengenanntenModulefürdenAufbauvonlebensfhigen"SystemensindjeweilseinerReferenzzuordenbar.
IneineraktuellenKommentierungeinesBerichtsderAdHocTechnicalExpertGroup(AHTEG)onSyntheticBiologyderCDB(Nheresdazusieheunten)hatdieZKBSfestgehalten,dassbishernochkeineOrganismendurchMethodenderSynthetischenBiologieentwickeltwurden,dienichtimüblichenSinnealsgentechnischvernderterOrganismus(GVO)bzw.
lebendervernderterOrganismus(LVO)gemdemCartagena-ProtokollüberbiologischeSicherheit50angesehenwerdenknnen.
51IndiesemZusammenhangwirdebenfallsempfohlen,sichhinsichtlichderSi-cherheitsbewertungvonsynthetisch-biologischhergestelltenOrganismeninsbesondereaufneueEigenschaftenundaufsolcheneuartigenOrganismenzukonzentrieren,diekeineGVOsbzw.
LVOsimSinnedesCartagena-Protokollssind.
DieseEinschtzungwirdimzweitenMonitoring-berichtderZKBSzurSynthetischenBiologievomJuni2018bekrftigt.
52DerBerichtkommtnachAnalysedesinternationalenStandsderForschungzuderAussage,dass–abgesehenvonTech-nologienwiezumBeispielderDNA-Synthese–diebisherigenSystemeunterdieRegelungendesGentechnikgesetzesfallenunddieBewertungderbiologischenSicherheitmitdenetabliertenMethodenerfolgenkann.
GleichwohlmüssendieEntwicklungenweiterhinsorgfltigbeobachtetwerden.
SosolltedasAu-genmerkvorallemaufdievlligneuartigenKonzeptegerichtetwerden.
DazuzhlenzumBeispielxenobiologischeAnstzeunddieerweitertenMglichkeitenderGenomeditierung,dieesimmerschwererwerdenlassen,klarzwischennatürlichen"undnichtnatürlichen"genetischenVern-derungenzuunterscheiden–einderzeitnochentscheidendesKriteriumfürdiegentechnikrecht-licheNotwendigkeitderBeurteilungdesGefhrdungspotenzials.
Hervorzuhebenist,dasseineRisikobetrachtungnichtpauschal,zumBeispielaufgrundverwendeterTechnologien,erfolgenkann,sonderneineBetrachtungundBewertungderjeweilseinzelnenForschungsarbeitennot-wendigist.
BisherscheintdieEntwicklungautonomreplizierenderSysteme,dieohneeinenatürlicheBlau-pauseerzeugtwurden(artificiallife")nochnichtingreifbarerNhezusein.
Insbesondereindie-semZusammenhangwrenjedocheineReiheregulatorischerundethischerFragenzudiskutie-ren,zumalsichsolchekünstlicherzeugtenOrganismennichtzwangslufigalsGVOklassifizierenlassenknnten.
Esscheintsomitnotwendig,dieEntwicklungindiesemForschungsgebietproak-tivzubegleitenundgewissenhaftzudiskutieren,umnotwendigerechtlicheAnpassungenzeitge-rechtvornehmenzuknnen.
AuchdieseEinschtzungwirddurchdenaktuellenMonitoringberichtderZKBSvomJuni2018gestützt.
53DerBerichtstelltheraus,dassProtozellenohneVorbildausderNaturnichtautomatischdemGentechnikgesetzunterfallenwürdenunddassfürsolcheSys-temeeigeneBewertungskriterienund–wennnotwendig–Sicherheitsmanahmenentwickeltwerdenmüssten.
ZumjetzigenZeitpunktwerdendemBerichtzufolgenureinzelneElementefürartifizielleZellenerforscht.
DieHerstellungautonomreplizierender,mitnatürlichenOrganismen50http://bch.
cbd.
int/protocol51https://bch.
cbd.
int/database/record.
shtmldocumentid=11322152www.
zkbs-online.
de/ZKBS/SharedDocs/Downloads/01_AllgemeineStellungnahmen/01_AllgemeineThemen/2.
BerichtderZKBSzurSynthetischenBiologie(2018).
pdf53a.
a.
O.
,S.
26.
20DieSynthetischeBiologieinderffentlichenDebattenichtvergleichbarenProtozellenseidagegennochnichtgelungen.
Darüberhinausbrchtenje-denfallsdiegegenwrtigenimZusammenhangmitProtozellenstehendenForschungsarbeitenkeinebiologischenRisikenmitsich.
NachEinschtzungderZKBSistzudemzuerwarten,dassautonomreplizierende,künstlicheMinimalzellenaufgrundihresreduziertenGenomseineredu-zierteFitness"mitsichbringenunddaherauerhalbdesLaborskaumlebensfhigseinwerden.
ZustzlichkannüberdieimZKBS-BerichtgenanntenAspektehinausderEinsatzsystemtheore-tischerMethodendazugenutztwerden,synthetischeOrganismenmitgrererAusfallsicherheitzukonstruierenoderdurchredundanteSicherheitsmechanismengegeneinenKontrollverlustab-zusichern.
DasGentechnikgesetzregeltsowohldenUmgangmitgentechnischverndertenOrganismeningeschlossenenSystemen(containeduse")alsauchderenabsichtlicheFreisetzung(deliberaterelease").
Füreinencontaineduse"derbislangerzeugtenSystemegibtes–aufderBasisdesderzeitigenForschungsstands–klareundalsausreichenderachteteRegelungen.
Beieinerab-sichtlichenFreisetzungvonneuartigenOrganismensindinsbesonderedieAuswirkungenaufdieUmwelt,diealsschützenswertesGutebensovomGentechnikgesetzumfasstist,zubetrachten.
DieserforderteineumfassendePrüfungmglicherKonsequenzeneinerFreisetzungvongen-technischverndertenOrganismenmitBlickaufVernderungendesgesamtenkosystems.
AuchwennesinderffentlichenWahrnehmungteilweisengstevoreinemKontrollverlustundderNichtvorhersagbarkeitmglicherKonsequenzengibt,sozeigenallebisherigenwissenschaft-lichenArbeiten,dassdieerzeugtenSystemeaufgrundihresextremspezialisiertenMetabolismuskeinerkennbaresPotenzialfüreineunkontrollierteAusbreitunginderNaturbesitzen.
IhreFit-ness"istgegenüberdendurchnatürlicheSelektionüberJahrmillionenentstandenennatürlichenOrganismendeutlicheingeschrnkt.
GeradedieXenobiologiewirdhieralsweiterewichtigebio-logischeSicherheitskomponentegesehen,insbesonderezurReduktioneinesmglichenGefhr-dungspotenzialskünstlicher,autonomreplizierenderSysteme,dadieseKomponentenbentigen,dieinderNaturnichtverfügbarsind.
54EntsprechendwerdenxenobiologischeKonzepteauchalseineSicherheitsmanahmezurVermeidungeinesunkontrolliertenAustauschsgenetischerInfor-mationodereinerunkontrolliertenVerbreitungbiologischerSystemediskutiert.
ZusammenfassendwerfendieaktuellenFortschritteaufdemGebietderSynthetischenBiologiekeineprinzipiellneuenProblemebeiderRisikoabschtzungauf.
DieTechnologienperse–diewieobenausgeführtnichtfürdieSynthetischeBiologiespezifischundkeinesfallsmitSyntheti-scherBiologiegleichzusetzensind–bergenkeinespezifischenGefahren.
IhreAnwendungenmüssenjedochimEinzelfalleinerBewertung(casebycase")unterzogenwerden.
DieEntwick-lungenaufdemGebietderSynthetischenBiologiesolltendaherweiterhinengdurchdieZKBS,diedieExpertisezurBeurteilungdesbiologischenRisikosvongentechnischenArbeitenundgen-technischverndertenOrganismenvereint,begleitetwerden.
DabeisolltesichdasMonitoringinsbesondereaufdieFragenrichten,obEntittenentstehen,dienichtmehrunterdieexistieren-denRegelungenfallen,obdieEntwicklungneuerKriterienfüreineadquateRisikoabschtzungderimRahmensynthetisch-biologischerForschungneuentwickeltenOrganismennotwendigistundwiedieseKriterienundihremethodischeAnwendunggestaltetseinsollten.
54SchmidtM.
Xenobiology:Anewformoflifeastheultimatebiosafetytool.
Bioessays,2010,32:322–331.
DieSynthetischeBiologieinderffentlichenDebatte215.
2EthischeDebatteWiebeijedemneuenwissenschaftlichenKonzeptstelltsichauchfürdieSynthetischeBiologiedieFrage,obihreTechnologienoderProdukteneueethischeFragenaufwerfen.
Sinddiebishe-rigenethischenStandards,beispielsweisediedergentechnologischenForschung,ausreichend,odertrittmitderSynthetischenBiologieetwasgrundstzlichNeuesaufIstdurchsiedasmitderForschungverbundeneRisikofürMenschundUmweltgegenüberderherkmmlichenForschungneueinzuschtzenGenerelllsstsichfeststellen:DietechnologischenVerfahrenderSynthetischenBiologieüber-steigendenRahmenderherkmmlichengentechnologischenundbiotechnologischenVerfahrennicht.
Estretenzunchstgegenüberbekanntengentechnischensowiezell-undentwicklungsbio-logischenForschungsgebietenimweiterenUmfeldderSynthetischenBiologie–seienesdieHerstellungtransgenerPflanzenundTiere,dasKlonen,dieChimrenbildungoderZellreprogram-mierung,dieassistierteReproduktionunddasgenetischeEnhancement55–keineneuenethi-schenProblemeauf.
WiebereitsbeidergentechnologischenForschungsindGerechtigkeitsfra-gen(Eigentumsrechte,Patente,Nutzungsrechte)juristischzuklren.
Undsogiltesauchhier,bereitsbewhrteRegelnzurRisikobewertung,berwachungundKontrollederForschungundAnwendunginFormvoninternationalanerkanntenGrundstzenkonsequentzunutzen,sodassdieBehandlungoderAuseinandersetzungmitethischenFragendurchdieherkmmlichen,gen-technologischenundbiotechnologischenRegelungenerfasstsind.
AuchwennkeinegrundstzlichneuenethischenFragenauftreten,mussberücksichtigtwerden,dassdieReichweiteundGrenordnungderForschungdasBisherigeübersteigt–durchdieErhhungdesUnsicherheitsspielraums,diemitderNeuentwicklungvonsynthetischenOrganis-menerffnetwird,sowiedurchnichtnatürlicheReferenzsystemeunddiehoheKomplexittderForschung.
DamitsteigenauchdieRisikenfürdieSicherheit(Biosafety)unddenmglichenMiss-brauch(BiosecurityundDualUse).
DieswirdbeispielsweiseauchindemaktuellenConsensusStudyReportderNationalAcademiesofSciences,EngineeringandMedicine,USA,mitdemTitelBio-defenseintheAgeofSyntheticBiology"56diskutiert.
Sowerden–undhiersindsichdieExperteneinig–neueMastbederRisikobewertungerforderlich,umdieFolgenabschtzungauchhinsichtlichunbeabsichtigterSchdigungvonMenschen,LandschaftundUmweltangemes-senbeurteilenzuknnen.
57EthischeFragenbetreffendieTechnikfolgenabschtzungunddieWahrscheinlichkeitsowiedasSchadenspotenzialmglicherFehler,zumBeispielobetwanachunbeabsichtigterFreisetzungsynthetischerProdukteschnellundeffektivwirkendeGegenma-nahmen(Biosafety-Problematik)ergriffenwerdenknnen.
JehhereinnichtkalkulierbaresoderbeherrschbaresRestrisikoist,umsohheristauchdaszustzlicheRisikofürmissbruchliche55Vgl.
hierzuauch:DFG,acatech,Leopoldina.
SynthetischeBiologie.
Standpunkte.
2009,WILEY-VCHVerlagGmbH&Co.
KGaA,Weinheim(S.
39–42,hierS.
40).
56http://www8.
nationalacademies.
org/onpinews/newsitem.
aspxRecordID=24890&_ga=2.
71343568.
2133597207.