BERICHT/048: Synthetische Biologie, Synthifuels und künstliches Leben (umg)
umwelt · medizin · gesellschaft - 3/2011
Humanökologie - soziale Verantwortung - globales Überleben
Synthetische Biologie, Synthifuels und künstliches Leben
von Christoph Then
Im Rahmen der 'synthetischen Biologie' wird daran gearbeitet, vollständig künstliche Lebensformen zu schaffen. Die geplanten Einsatzmöglichkeiten reichen von der Medizin, der Herstellung von Biowaffen bis zur Landwirtschaft und Energieerzeugung. Wissenschaftler warnen, es könnten hier neue Krankheitserreger und künstliche Mikroben entstehen, die Ökosysteme zum Kippen bringen können. Im Jahr 2010 wurde der Öffentlichkeit ein Organismus präsentiert, dessen Erbgut vollständig im Labor synthetisiert wurde.
Die Auswirkungen einer Verbreitung synthetischer Gene oder Organismen in der Umwelt können nicht abgeschätzt werden. Es ist möglich, dass sie in der Umwelt überdauern und sich rasch ausbreiten, weil sie sich der Kontrolle durch die natürliche Genregulation und evolutionäre Anpassungsmechanismen entziehen können. Dabei können künstliche Gene, die im Labor für bestimmte Zwecke konstruiert wurden, in Wechselwirkung mit der Umwelt oder mit anderen Genen völlig neue, unvorhergesehene Eigenschaften aufweisen. Es müssen gesetzliche Kontrollmechanismen etabliert werden, um die Eigendynamik und Evolutionsfähigkeit der biologischen Vielfalt zu schützen. Dem Eintrag von synthetisch hergestellten Organismen und Genen in die Umwelt muss wirksam vorgebeugt werden. Wenn lebende Organismen mit neuen Eigenschaften produziert werden, muss deren Existenz sowohl räumlich als auch zeitlich klar begrenzt und jederzeit rückholbar sein.
Zusätzlich müssen Aktivitäten von Firmen und Forschungseinrichtungen, die Gene künstlich synthetisieren, in ein funktionierendes Überwachungsprogramm eingebunden werden. Entsprechende Regelungen sollen unter anderem die Entwicklung von Biowaffen und die Synthese von neuen Krankheitserregern verhindern. Dazu muss erfasst werden, welche Gene synthetisiert werden.
Die weitere Entwicklung der synthetischen Biologie muss von der Etablierung gesetzlicher Regelungen und wirksamer Kontrollen abhängig gemacht werden. Testbiotech fordert deswegen nicht nur spezifische gesetzliche Regelungen für die Synthetische Biologie, sondern auch ein Moratorium für staatliche Fördermaßnahmen, um mehr Zeit für eine breite gesellschaftliche Debatte zu gewinnen. Synthetische Biologie benötigt strikte Grenzen und eine breite gesellschaftliche Debatte.
Schlüsselwörter: Synthetische Biologie, künstliches Leben, Biologische Integrität, Rückholbarkeit, biologische Sicherheit
Abstract
Synthetic Biology, Synthifuels and artificial life
Synthetic Biology aims to create completely artificial organisms. Possible applications range from medical purposes and the production of biological weapons to agriculture and energy production. There are concerns about new infectious diseases and artificial microbes that might cause the breakdown of ecological systems. In 2010, scientists publicly announced the first self replicating organism to stem from an artificially designed genome.
The impact of synthetic genes or organisms cannot be predicted once they are released into the environment. They could persist and spread quickly because they can escape the control of normal gene regulation and processes of evolutionary adaption. Synthetically derived gene sequences, designed for certain purposes, can cause unintended and adverse effects triggered by interactivity with the environment or with other gene sequences. New international regulations are needed to safeguard the evolutionary integrity of existing biological diversity. The release of synthetically designed organisms into the environment must be prevented. If artificial life is created, its existence needs to be contained and limited in relation to time and distribution to be reversible at any time and every stage.
In addition, the activities of those institutions performing gene synthesis must be registered and subjected to effective and permanent controls to prevent the production of e.g. infectious organisms and biological weapons. There must be automatic and permanent control of the synthesis of gene sequences. The synthesis of specific gene sequences should be prohibited.
Further development and application of Synthetic Biology should be dependent on the implementation of effective controls and regulations. That is why Testbiotech is not only calling for specific regulations but also a moratorium on public funding to gain sufficient time for broader debates within society. Synthetic Biology needs strict legal regulation, prevention and a broad public debate.
Keywords: Synthetic Biology, artificial life, evolutionary integrity, reversibility, biosafety
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Zur Geschichte der Synthetischen Biologie
Im Juni 2004 fand am Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA (MIT) die erste große Konferenz zum Thema Synthetische Biologie statt, die "Synthetic Biology 1.0". Thomas F. Knight, vom MIT "Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory" (CSAIL), hielt auf dieser Konferenz eine programmatische Rede: Während Biologen die Komplexität des Lebendigen bewundern, würden sich Ingenieure an der Einfachheit von Systemen erfreuen. Die Synthetische Biologie sollte sich nach seiner Ansicht für diesen zweiten Weg entscheiden:
"Anstatt die Komplexität zu erforschen, kann man diese auch beseitigen" (THEN 2008).
Verstünde man es erst einmal, einzelne kleine funktionierende Einheiten zu schaffen, will man diese wie Schaltkreise in einem Computer koppeln und sich so der Komplexität des Lebens nicht über die Analyse der bestehenden biologischen Vielfalt, sondern über die Konstruktion neuer 'Lebensformen' nähern.
Synthetische Biologie folgt der Idee, dass man Lebensformen nicht nur genetisch verändern (manipulieren), sondern vollständig neu konstruieren kann. Dafür werden künstliche Gene im Labor synthetisiert, neue Organismen werden am Reißbrett entworfen. Ziel ist hier nicht, die Grundlagen des Leben zu verstehen, als vielmehr neue Lebensformen zu produzieren, die sich für industrielle Zwecke eignen. Nicht immer ist die Synthetische Biologie dabei von bisherigen Verfahren der Gentechnologie zu trennen.
Einer der Pioniere der Idee, künstliches Leben zu erschaffen ist Jacques Loeb (1859-1924). Er hat vor ziemlich genau hundert Jahren das Programm der modernen Biotechnologien in vielen Bereichen vorweggenommen. Seine Zielsetzung, Leben aus unbelebter Materie zu schaffen ("A biogenesis"), entspricht weitgehend dem Ansatz der "Synthetischen Biologie". Mit ihm beginnt die Biotechnologie als einer Maschine zur Konstruktion und Produktion von neuartigen Körpern mit ökonomischem Wert. In einer Rede mit dem Titel "Das Leben", die er genau vor hundert Jahren in Hamburg gehalten hat, sagte er:
"Ich habe die Empfindung, daß nur technische Umstände unserer jungen Wissenschaft daran schuld sind, daß die künstliche Herstellung von lebender Materie noch nicht gelungen ist. (...) Nichts spricht einstweilen dafür, daß die künstliche Herstellung lebender Organismen prinzipiell unmöglich ist. (...) Ich glaube aber, daß die Biologie auch das andere Ziel vor Augen behalten muß: Entweder künstlich Organismen aus toter Materie herzustellen, oder wenn das ausgeschlossen sein sollte, herauszufinden, warum dieses Problem nicht lösbar ist" (Loeb 1911).
Was ist Synthetische Biologie?
Synthetische Biologie ist keine isolierte wissenschaftliche Disziplin. Sie baut auf den Resultaten anderer Disziplinen auf. Zu diesen Disziplinen gehören Molekularbiologie, Proteindesign und Nanobiotechnologie. Gentechnik und Synthetische Biologie bedienen sich sehr ähnlicher Methoden und verfolgen auch ähnliche Ziele. Sowohl Gentechnik als auch Synthetische Biologie können zur Herstellung von neuen Enzymen, der Veränderung oder Neuschaffung von Stoffwechselwegen (metabolic engineering) in der Zelle oder der Fabrikation zusätzlicher Chromosomen genutzt werden. Die Synthetische Biologie erweitert die technischen Möglichkeiten der Gentechnik, indem sie sowohl bereits existierende Gene re-synthetisieren (und damit leichter verfügbar macht) als auch künstliche Gene neu konstruieren kann, die dann mit gentechnischen Methoden in verschiedene Lebensformen übertragen werden können. Dabei ist die Abgrenzung zur Gentechnologie nicht immer eindeutig: So ist auch in der EU bereits gentechnisch veränderter Mais der Firma Monsanto mit synthetischen Genen (MON89034) zugelassen, der neue, in der Natur bisher nicht vorhandene Insektengifte produziert. Man könnte diesen Mais als künstliches Leben bezeichnen.
Die Synthetische Biologie will über die Gentechnik hinausgehen: Sie hat den Anspruch, Leben aus einzelnen Bausteinen zu konstruieren, deren Erbgut vollständig synthetisch herzustellen und den Stoffwechsel von Organismen neu zu gestalten. Zwar ist es noch nicht gelungen, wirklich neue Lebensformen zu schaffen, 2010 präsentierte der US Forscher Craig Venter aber immerhin einen Mikroorganismus, dessen Gene vollständig im Labor synthetisiert wurden. Dabei verwendete er als Vorlage die Gene einer existierenden Mikrobe mit relativ kleinem Genom. Sein Team baute das Erbgut aus den einzelnen Grundbausteinen der DNA Schritt für Schritt nach und veränderte es an einigen Stellen. Anschließend wurde das Genom auf einen verwandten Mikroorganismus übertragen. Nachdem dieser sich über einige Generationen vermehrt hatte, bestand sein Erbgut vollständig aus den im Labor synthetisierten Genen (GIBSON et al. 2010). Das Craig Venter Institute präsentierte dies in einer Presseerklärung [1] als Beweis dafür, dass man auf diese Weise lebens- und vermehrungsfähige Organismen erzeugen kann:
"Diese Synthese (...) ist der Nachweis dafür, dass es grundsätzlich möglich ist, ganze Genome im Computer zu designen, sie chemisch im Labor herzustellen und diese in eine Empfängerzelle zu verpflanzen, um neue sich selbst vermehrende Zellen zu schaffen, die ausschliesslich durch das synthetische Genom kontrolliert werden."
Die Anwendungen
Die möglichen Anwendungen der Synthetischen Biologie sind vielfältig. Sie umfassen unter anderem die Re-Synthese natürlicher Gene, die Herstellung neuartiger Gene, die Produktion neuartiger Enzyme bis hin zur Produktion von vermehrungsfähigen Lebensformen, zu denen es in der natürlichen Biodiversität keine Vergleichsformen gibt. Mögliche Anwendungsgebiete der Synthetischen Biologie sind unter anderem die Medizin, die Biochemie, die Erzeugung von Energie, die Landwirtschaft und die Herstellung von Biowaffen. Viele der möglichen Anwendungen existieren bislang nur in der Theorie, für andere ist ein 'proof of concept' bereits erbracht: Insbesondere die Synthese von Genen und die Herstellung von Enzymen haben die Stufe der kommerziellen Verwendung erreicht.
DNA-Synthese
Die Bedeutung von DNA-Synthese-Techniken liegt darin, dass das Arbeiten mit synthetischen Genen im Vergleich zu den Standardmethoden der Gentechnik wesentliche technische Vorteile bringt: Die Wissenschaftler brauchen keine materiellen Vorlagen mehr, keine aus Organismen isolierten Gene. Sie können Gene nun aus der Beschreibung der Sequenzen (Abfolge der Basen) Schritt für Schritt nachbauen und damit mit Genmaterial arbeiten, für das es in der Natur keine Vorlagen gibt. Des Weiteren können sie auch natürlicher Weise vorkommende Gene leichter und umfassender verändern.
Da die Länge der synthetisierbaren DNA-Stränge weiter zunehmen und die Kosten weiter sinken dürften, wird davon ausgegangen, dass die DNA-Synthese-Techniken die bisherigen Methoden der Gentechnik in den nächsten zehn bis zwanzig Jahren in vielen Bereichen ersetzen werden (STÄHLER et al. 2006). Weltweit soll es zwischen 40 und 50 Gensynthese-Firmen geben [2]; wichtige Firmen wie GeneArt befinden sich in Deutschland.
Herstellung 'minimalisierter' Organismen
Da die Komplexität der Stoffwechselwege in natürlichen Organismen den Zielen der Synthetischen Biologie oft entgegen wirkt (HEINEMANN & PANKE 2006), wollen die Wissenschaftler Zellen kreieren, die möglichst "einfach" ausgestattet sind. So ist es eines der Hauptziele der Synthetischen Biologie, lebende Zellen mit minimalen Genomen zu fabrizieren (MOYA et al. 2009). Um dieses Ziel zu erreichen, werden zwei verschiedene Verfahrenswege eingeschlagen top-down oder bottom-up.
Der top-down Ansatz besteht darin, das Erbgut von einfachen, natürlich vorkommenden Organismen zu verringern. Ein Beispiel ist das Bakterium Escherichia coli, dessen Erbgut um 22 Prozent verkleinert wurde.
Beim bottom-up Ansatz wird entweder versucht, synthetisch hergestellte, minimale Genome in bestehende Zellen zu transferieren, oder gänzlich künstliche Zellen zu schaffen. Einzelne Schritte zur Herstellung synthetischer Zellen sind bereits gelungen. Dieser Forschungszweig steckt noch in seinen Anfängen, weshalb Anwendungen in naher Zukunft wohl nicht zu erwarten sind.
Auch das Team um Craig Venter (GIBSON et al. 2010) hat nicht ein gänzlich neues Lebewesen geschaffen, sondern natürlicher Weise vorkommende Gene künstlich neu synthetisiert und sie auf einen bereits existierenden ähnlichen Organismus übertragen.
Modellierung von Stoffwechselwegen
Ein Bereich, in dem die Synthetische Biologie in den letzten Jahren Fortschritte erzielt hat, ist die Veränderung von Stoffwechselwegen, das Design von genetischen Netzwerken und regelrechten "Schaltkreisen".
Um aus den Bauteilen und Baugruppen funktionierende Systeme erstellen zu können, wird eine Standardisierung angestrebt. Sie soll sicherstellen, dass ein "plug-and-play" (eine Art Steck-Kombination) der verschiedenen Bauteile und -gruppen möglich wird, unabhängig davon, in welchen Laboren oder Firmen sie gestaltet und fabriziert wurden (HEINEMANN & PANKE 2006). Einen ersten Schritt zur Standardisierung haben US-amerikanische Forscher mit der Lancierung des Registry of Standard Biological Parts gemacht. Das Register enthielt 2008 bereits über 2000 standardisierte biobricks ("Biobausteine") (SHETTY et al. 2008).
Synthi-Fuels
Die Herstellung von Biokraftstoffen der sogenannten 'zweiten Generation' ist eine einer Art Megatrend innerhalb der Synthetischen Biologie [3]. Mit dieser zweiten Generation der Biokraftstoffe sollen Rohstoffe wie Holz und Gräser, Abfälle aus der Tierproduktion, Zeitungen, aber auch landwirtschaftliche Nutzpflanzen und Algen energetisch erschlossen werden, deren Verwertung bisher oft nicht wirtschaftlich erschien. Mit Hilfe der Synthetischen Biologie werden unter anderem Enzyme und Mikroorganismen "designed", die die Energieausbeute dieser Rohstoffe wesentlich erhöhen sollen. Das Ergebnis sind Kraftstoffe, die hier vereinfachend als 'Synthi-Fuels' bezeichnet werden [4]. Die Synthetische Biologie wird in diesem Kontext als positiver Beitrag zum Klimaschutz dargestellt, die Lösungen für die Probleme des Klimawandels, die Erzeugung von Energie und die Schonung natürlicher Ressourcen bietet.
Retten Synthifuels das Klima?
Wie die Analyse des wirtschaftlichen Umfeldes zeigt (THEN et al. 2010) geht es bei der Einführung der Synthetischen Biologie in erster Linie um neue Märkte, zusätzliche Gewinne und die exklusive Kontrolle von Rohstoffen und Wertschöpfungsketten. Von manchen Firmen werden Patente angemeldet, die vom manipulierten Mikroorganismus bis zu den Fahrzeugen reichen, die mit den neuen Synthetischen Kraftstoffen betankt werden sollen. Hinter vielen der relativ kleinen Firmen, die sich auf den Einsatz der Synthetischen Biologie fokussieren, stehen in den meisten Fällen große Konzerne als Kooperationspartner. An direkten Kooperationen im Bereich der Biokraftstoffe sind u.a. die Agrarfirmen ADM, Bayer, Cargill, Dupont, Dow Chemical, Monsanto und Syngenta beteiligt. Die Erdölindustrie ist unter anderem mit BP, Exxon, Shell und Total dabei. Diese Konzerne sehen in der Synthetischen Biologie ein Instrument zur Ausdehnung bzw. Absicherung ihrer Märkte. Zudem können beispielsweise die großen Öl-Konzerne mit relativ geringen Investitionen den Eindruck erwecken, es gebe eine Lösung des Klimaproblems, die umweltfreundlich und nachhaltig ist und keiner grundsätzlich neuen Strategie für Mobilität und Energieerzeugung bedarf.
Ein offensichtliches Problem der Nutzung der Synthetischen Biologie ist das der Ressourcen-Konkurrenz: Steigt die Effizienz der Verfahren zur Herstellung von Synthi-Fuels, steigt auch der Flächen- und Rohstoffbedarf. Verschiedene Analysen zeigen, dass die Erzeugung von Synthi-Fuels hier in Konkurrenz zu anderen Nutzungsformen wie Landwirtschaft, der Forstwirtschaft steht und Ökosysteme wie der Wald verstärkt unter Druck geraten werden. Eine wirkliche Trendumkehr ist durch ihren Einsatz nicht zu erwarten (HOWARTH et al. 2009). Gleichzeitig wird der Nutzen im Hinblick auf den Ersatz der erdölbasierten Treibstoffe auch bei hoher wirtschaftlicher Effizienz begrenzt bleiben (SHERIDAN 2007). Selbst bei intensiver Nutzung aller möglichen Ressourcen zur Herstellung von Biokraftstoffen der zweiten Generation kann nur ein relativ kleiner Anteil der gesamten Menge an Treibstoff ersetzt werden. Einzige Ausnahme scheint die Nutzung von Algen, die auf viel kleineren Flächen eine hohe Energieausbeute versprechen.
Algen als Klima-Retter?
Von allen Möglichkeiten, die zur Erzeugung von Biokraftstoffen genannt werden, weist die Nutzung von Algen scheinbar die meisten Vorteile auf, weil die Energieausbeute pro Hektar wesentlich höher ist als bei Landpflanzen (SCHENK et al. 2008). Zudem spielen hier weder die Konkurrenz mit Agrarflächen noch die Übernutzung von terrestrischen Ökosystemen wie Wäldern, Grasland- und Brachflächen eine Rolle. Da die Algen meist in Meerwasser kultiviert werden können, ist die Konkurrenz zur Trinkwasserversorgung nicht unbedingt gegeben. Es wird auch darüber diskutiert, für die Produktion der Algen Abwasser zu nutzen. Je nach Art und Größe der Produktionsanlagen können aber erhebliche Eingriffe in Meeresökosysteme und Gewässerbelastungen zum Beispiel durch Düngemittel und organische Reststoffe verursacht werden (LARDON et al. 2009).
Es gibt eine relativ große Anzahl von Firmen, die auf diesem Konzept (mit und ohne Synthetische Biologie) aufbauen oder hier investieren wie zum Beispiel Algenol, PetroAlgae, Sapphire Energy, Solazyme, die NASA, US Air Force, BP, Dow Chemical, Exxon und die deutschen Firmen Linde, und Cyano Biofuels (beide in Kooperation mit Algenol).
Wie sicher sind die Synthi-Algen?
Der Einsatz der Synthetischen Biologie birgt in diesem Zusammenhang besondere Probleme, weil es bei Algen besonders leicht zu unkontrollierten Freisetzungen kommen kann. Die Produktion von Algen funktioniert zwar auch in geschlossenen Systemen (SCHENK et al. 2008). In offenen Tanks ist die Wirtschaftlichkeit der Verfahren oft aber wesentlich höher (MATA et al. 2010), weil hier u.a. die Sonneneinstrahlung genutzt werden kann. Die Gefahr einer ungewollten Freisetzung oder Verschleppung ist hier jedoch besonders hoch.
Gelangen Algen ins Freiland, die mit Hilfe der Synthetischen Biologie oder per Gentechnik verändert worden sind und die zum Beispiel eine höhere Photosynthese-Rate haben, ist ihr Gefährdungspotenzial hoch: Algen vermehren sich rasch und können sich gut an Umweltbedingungen anpassen. Aufgrund einer erhöhten Photosynthese-Rate können sie gegenüber anderen Algen einen erheblichen Überlebensvorteil aufweisen. Auch Mata el al. (2010) weisen auf dieses Problem hin:
"Diese vielversprechenden Vorteile müssen mit Vorsicht gesehen werden, weil transgene Algen möglicherweise ein erhebliches Risiko für die Ökosysteme darstellen und deswegen ihre Verwendung in offenen Systemen sehr wahrscheinlich verboten wird."
Der Einsatz von Algen, die per Synthetischer Biologie aufgerüstet wurden, muss in offenen Systemen insgesamt als ein nicht zu verantwortendes Sicherheitsrisiko eingestuft werden. Auch einige Firmen, die aktiv an Algen forschen, wie die Firma Sapphire Energy, haben nach einem Bericht in der New York Times (Maron, 2010) erhebliche Vorbehalte gegenüber einer Produktion von gentechnisch veränderten (oder mit Hilfe von Synthetischer Biologie produzierten) Algen in offenen Tanks. Die Firma Sapphire will nur mit natürlichen Algenstämmen arbeiten.
Auch wenn biotechnologisch aufgerüstete Algen in geschlossenen Systemen verwendet werden, können Freisetzungen nicht wirklich ausgeschlossen werden. In dem erwähnten Beitrag in der New York Times wird eine Mitarbeiterin der Firma Livefuels zitiert, die der Ansicht ist, dass die Algenstämme aus dem Labor bereits ins Freiland verschleppt wurden:
"Sie wurden auf der Haut, mit dem Haar und auf allen möglichen anderen Wegen nach draußen gebracht, so als ob sie mit dem Luftzug einer Klimaanlage raus geblasen würden."
Ein Mitarbeiter der Firma Greenfuel wird im selben Artikel mit der Auffassung zitiert, dass entsprechende Algen zwar bisher noch nicht ins Freiland gekommen seien. Es sei aber sicher davon auszugehen, dass es passieren werde, "weil Menschen Fehler machen". Greenfuel hat nach einem Bericht in "Der Spiegel" nach zehn Jahren die Forschung an Algen eingestellt (SEIDLER 2009).
Diskussion der Risiken
Das Beispiel der Nutzung von Algen zeigt, wie wichtig die Diskussion der Risiken ist. Schon 2004 forderte das Wissenschaftsmagazin Nature (ANONYM 2004) eine umfassende Debatte:
"Hier werden nicht mehr nur Gene ausgetauscht. Jetzt wird Leben wie Ton geformt. (...) Die Reichweite derartiger Instrumente ist viel größer als die der gentechnischen Veränderung und es ist sicherlich viel schwerer, die tatsächlichen Risiken vorher zu sehen."
Ball (2004) zitiert in der selben Ausgabe von Nature einen Bericht der CIA über neue Biowaffen, in dem davor gewarnt wird, dass mit Hilfe der synthetischen Biologie völlig neue Erreger und andere Organismen hergestellt werden könnten, "schlimmer als jede bisher der Menschheit bekannte Krankheit". Bisher haben diese Bedenken jedoch nicht zu einer breiten öffentlichen Diskussion geführt.
Auch den beteiligten Wissenschaftlern und Firmen gelang es bis heute nicht, sich auf Maßnahmen zur Begrenzung der Risiken der Synthetischen Biologie zu verständigen. Eine Konferenz in Berkeley, bei der auch die in Nature formulierten Bedenken diskutiert werden sollten, ging im Mai 2006 ohne konkretes Ergebnis zu Ende. Man wolle die Produktion billiger Medikamente und Treibstoffe nicht durch restriktive Sicherheitsmaßnahmen behindern, meinte ein Teilnehmer [5].
Generell werden im Zusammenhang mit den Risiken der Synthetischen Biologie die beiden Bereiche Biosafety und Biosecurity diskutiert (siehe u.a. DE VRIEND 2006, IRGC 2008, BOLDT et al. 2009, THEN & HAMBERGER 2010).
Biosafety
Die Risiken neuer Lebensformen sind komplex - unabhängig davon, wie einfach ihre Bestandteile selbst sind. Es geht nicht nur um Wechselwirkungen mit der Umwelt, auch die Genregulation der Lebewesen lässt Spielraum für Effekte, die über additive Einzelwirkungen der Bausteine weit hinausgehen. Ob die "Schöpfungen" der Synthetischen Biologie tatsächlich den Regeln kontrollierbarer Maschinen entsprechen, darf bezweifelt werden. Komplizierte Maschinen sind »nur« fehleranfällig. Komplexe, vermehrungsfähige Lebewesen aber sind in letzter Konsequenz weder kontrollierbar noch rückholbar.
Ein Szenario, das im Zusammenhang mit 'Biosafety' [6] diskutiert wird, ist das des 'Green Goo' (Grüner Schleim). Der Begriff wurde ursprünglich von der Expertengruppe ETC (ETC 2003, 2007) geprägt, die ihn in Analogie zum 'Grey Goo'-Szenario einführten, das in der Nanotechnologie diskutiert wird.
Hinter diesem Begriff stehen Risiken, wie sie unter anderem von Tucker and Zilinskas (2006) beschrieben werden. Wenn synthetische Organismen aus dem Labor entkommen, könnten sie sich unkontrolliert ausbreiten und Barrieren innerhalb bestehender Ökosysteme überwinden. Einmal freigesetzt, kann die Kontrollierbarkeit Synthetischer Organismen nicht gewährleistet werden. Auch Van Est et al. (2007) greifen dieses Risiko auf.
Generell besteht das Problem darin, dass bei einer Risikobewertung synthetischer Organismen nur begrenzt bzw. nicht auf die Erfahrungen mit bereits existierenden Lebensformen zurückgegriffen werden kann. So wird beispielsweise bezweifelt, dass synthetische Organismen überleben könnten, weil ihre neuen Eigenschaften nicht an die Umwelt angepasst sind, was ihnen ein Überleben unter natürlichen Bedingungen unmöglich machen könne. Auf der anderen Seite wird aber auch erörtert, dass sich die Organismen gerade deswegen in der Umwelt sehr schnell ausbreiten können, da Ökosysteme auf ihre neuen Eigenschaften nicht vorbereitet sind (IRGC 2009).
Als Analogie, die allerdings nicht hinreichend ist, kann man sich der möglichen Ausbreitung von Organismen mit synthetischen Genen allenfalls über die Ausbreitung invasiver Arten nähern. Auch eine einzelne Art kann sich invasiv und damit verhängnisvoll auf ganze Ökosysteme auswirken. Letztlich kann nicht vorhergesagt werden, welche Organismen sich invasiv verhalten werden.[7]
Biosecurity
Die Ethik-Experten der Europäischen Kommission (EGE 2009) warnen ausdrücklich vor den Risiken des Missbrauchs der Synthetischen Biologie zur Herstellung von Kampfstoffen oder zu terroristischen Anschlägen. Ähnliche Befürchtungen werden auch von der DFG (2009) formuliert.
Im Jahr 2002 wurde berichtet, dass es Forschern an der Universität von New York gelungen sei, ein Poliovirus aus verschiedenen Bestandteilen im Labor zusammenzusetzen, die man einfach im Internet bestellen konnte (CELLO et al. 2002). Mit Hilfe der Synthetischen Biologie können alle Daten, die über das Genom von Krankheitserregern publiziert werden, zu potentiellen Blaupausen für Bioterroristen werden. Kontrovers diskutiert wurde in diesem Zusammenhang die Publikation von Details des Krankheitserregers der Spanischen Grippe: Zwischen 1918 und 1920 waren über 20 Millionen Menschen daran gestorben. Seitdem gilt der Erreger der Spanischen Grippe als ausgestorben. Aber 2005 wurden die Genomdaten in 'Nature' veröffentlicht (TUMPEY et al. 2005). Die Synthetische Biologie macht den Nachbau dieser Sequenzdaten theoretisch möglich. Unter dem Stichwort 'Biosecurity' wird unter anderem davor gewarnt, dass Biohacker das Risikopotential der neuen Lebensformen gezielt nutzen könnten, um künstliche Krankheitserreger zu schaffen [8].
Auch von den Betreibern der Synthetischen Biologie wird der mögliche Missbrauch der Gensynthese zu Schaffung neuer biologischer Waffen offen diskutiert. In einem Report des Craig Venter Institutes (GARFINKEL et al. 2007) werden Maßnahmen vorgeschlagen, durch die man verhindern will, dass Genabschnitte aus gefährlichen Mikroorganismen synthetisiert und gehandelt werden: Labore sollen gesichert, (z.B. durch Zertifizierung), Gen-Synthese-Maschinen erfasst, und die Bestellung von Gensequenzen kontrolliert werden. Nouri & Chyba (2009) schlagen vor, die Synthese-Maschinen mit Blockademechanismen auszustatten, welche die Synthese bestimmter Gene unmöglich machen. Diese Vorschläge wehren Vertreter der zwei größten Gen-Synthese Firmen (DNA2.0 und GeneArt) ab (MINSHULL & WAGNER 2009), da diese Maßnahmen ihrer Ansicht nach kaum greifen würden: "Die Katze ist bereits aus dem Sack."
Insgesamt bietet sich das Bild einer Risikotechnologie, die in die Anwendung gelangt ist, bevor die Öffentlichkeit über mögliche Risiken ausreichend informiert wurde und diese Risiken diskutiert hat. Auch der Gesetzgeber hat sich bisher nicht ausreichend mit notwendigen Maßnahmen befasst.
Die Diskussion soziokultureller und ethischer Fragen
Grundsätzliche ethische und soziokulturelle Fragen, wie die, ob künstliches Leben überhaupt geschaffen werden darf, welche Grenzen es hier geben muss und wie die Gesellschaft an der Entwicklung teilhaben bzw. auf sie Einfluss nehmen kann, wurden bisher nur in kleinen Zirkeln diskutiert. Die Stellungnahme von über 35 Nichtregierungsorganisationen im Jahr 2006 mahnt genau diesen Prozess an [9]. Die Organisationen warnen insbesondere vor einer rein technischen Betrachtung der neuen Biologie und fordern eine breite gesellschaftliche Debatte:
"Die Entwicklung der Synthetischen Biologie muss im Hinblick auf ihre sozio-ökonomischen und kulturellen Auswirkungen sowie im Hinblick auf den Schutz von Mensch und Umwelt bewertet werden und nicht nur in Bezug auf möglichen Missbrauch in den Händen von möglichen Missetätern."
Verschiedene Gremien wie die Ethikberater der Europäischen Kommission (EGE 2009), die Eidgenössische Ethikkommission für die Biotechnologie im Ausserhumanbereich (EKAH 2009, Boldt et al. 2009) und der Deutsche Ethikrat (SCHULTZ 2009) haben sich mit der Thematik auseinandergesetzt. Es überrascht, dass bisher aber keine breitere gesellschaftliche Debatte über diese Fragen geführt werden, während gleichzeitig die Betreiber der Synthetischen Biologie ihre Visionen schon seit Jahren offensiv propagieren.
Die Diskussion betrifft letztlich unser grundsätzliches Verständnis darüber, was Leben ist und was Lebewesen gegenüber unbelebter Materie auszeichnet. Sollen beispielsweise Lebewesen patentiert und ohne ethische Grenzen zu rein ökonomischen Zwecken manipuliert werden dürfen? Tatsächlich hat beispielsweise Craig Venter seine Konstruktionspläne für künstliche Lebewesen längst zum Patent angemeldet. In Patentanträgen wie WO2007047148 beansprucht er ein Monopol auf die wirtschaftliche Verwertung künstlicher Lebensformen.
Ein Beitrag zur öffentlichen Diskussion
Die Organisation Testbiotech hat 2010 den ersten Aufruf zum Thema Synthetischer Biologie veröffentlicht [10]. Darin wird im Umgang mit der Synthetischen Biologie eine umfassende gesellschaftliche Debatte und neue Sicherheitskonzepte gefordert. Angesichts der neuen technischen Möglichkeiten fordert Testbiotech die Entwicklung von neuen Schutzkonzepten:
Nach Ansicht von Testbiotech bedeutet die Freisetzung synthetischer Lebensformen einen nicht verantwortbaren Eingriff in die belebte und unbelebte Umwelt, in Ökosysteme und in evolutive Prozesse. Testbiotech empfiehlt deshalb die Entwicklung eines Konzeptes der 'Evolutionären Integrität', das über den Schutz von Arten und Individuen hinausgeht (PIMENTEL ET AL. 2000, BRECKLING 2008). Zentrale Forderung ist die räumliche und zeitliche Kontrollierbarkeit des Einsatzes synthetischer Organismen.
Aktivitäten von Firmen und Forschungseinrichtungen, die Gene künstlich synthetisieren, sollten möglichst lückenlos überwacht werden. Hier müssen auch Regelungen gefunden werden, um die Entwicklung von Biowaffen und Krankheitserregern wirksam zu kontrollieren.
Die weitere Entwicklung und Anwendung der Synthetischen Biologie sollten von der Möglichkeit wirksamer Kontrollen abhängig gemacht werden. Testbiotech fordert deswegen nicht nur spezifische gesetzliche Regelungen für die Synthetische Biologie, sondern auch ein Moratorium für ihre staatliche Förderung, um einer breiten gesellschaftlichen Debatte ausreichend Zeit zu geben.
Der erwähnte Aufruf ist vor allem als eine Einladung zur öffentlichen Diskussion zu verstehen: Die Synthetische Biologie entwickelt sich derzeit ohne ausreichende gesellschaftliche Debatte, ohne spezifische gesetzliche Regelungen und Kontrollen. Es stellt sich die zentrale Frage, welche gesellschaftliche Legitimation die Betreiber der Synthetischen Biologie für ihre weitreichenden technischen Entwicklungen in Anspruch nehmen können und welche Rechte die Gesellschaft einfordert, um an Entscheidungen über die weitere Entwicklung teilzuhaben. Die Diskussion betrifft unser grundsätzliches Verständnis darüber, was Leben ist und was Lebewesen gegenüber unbelebter Materie auszeichnet.
Kontakt:
Dr. Christoph Then
Testbiotech e.V.
Frohschammerstr. 14
80807 München
info@testbiotech.org
www.testbiotech.org
Nachweise:
ANONYM (2004): Futures of artificial life, Editorial, Nature 431: 613.
BALL, P. (2004): Synthetic Biology: Starting from scratch, Nature 431: 624-626.
BOLDT, J., MÜLLER, O., MAIO, G. (2009): Synthetische Biologie. Eine ethisch-philosophische Analyse. Beiträge zur Ethik und Biotechnologie 5, Eidgenössische Ethikkommission für die Biotechnologie EKAH und Ariane Willemsen (Hrsg.), Bern [http://www.ekah.admin.ch/fileadmin/ekah-dateien/dokumentation/publikatio-nen/EKAH_Synthetische_Biologie_Inhalt_V.pdf; letzter Zugriff: 15.8.2011].
BRECKLING, B. (2008): Evolutionary integrity - an issue to be considered in the longterm and large-scale assessment of genetically modified organisms, in: BRECKLING, B., REUTER, H., VERHOEVEN, R. (2008) Implications of GM-Crop Cultivation at Large Spatial Scales, Proceedings of the GMLS conference in Bremen, Theorie in der Ökologie, Peter Lang, Frankfurt, 14: 169-176.
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[1] http://www.jcvi.org/cms/press/press-releases/full-text/article/first-self-replicating-synthetic-bacterial-cell-constructed-by-j-craig-venter-institute-researcher/
[2] http://www.genengnews.com/news/bnitem.aspx?name=68850005
[3] Im weiteren wird die Bezeichnung Biokraftstoffe verwendet, obwohl die Silbe Bezeichnung "Bio" missverständlich ist
[4] SynthiFuels ist ein Kunstwort, zusammengesetzt aus Synthetischer Biologie und Biofuels (Biokraftstoffe)
[5] Sueddeutsche Zeitung, Nr 300, 30./31 Dezember 2006 / 1. Januar 2007, Seite 24
[6] Der Begriff bezeichnet in diesem Zusammenhang eine unvorgesehene und nicht gewollte Gefährdung der Umwelt
[7] Siehe Projekt des Bundesamtes für Naturschutz: http://www.floraweb.de/neoflora/oekologie.html
[8] Der Begriff bezeichnet in diesem Zusammenhang einen gezielten Missbrauch von synthetisch hergestellten Organismen, zum Beispiel für terroristische Zwecke
[9] http://www.etcgroup.org/en/node/11
[10] http://www.testbiotech.org/unterschreiben
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Quelle:
umwelt · medizin · gesellschaft Nr. 3/2011, S. 197-203
24. Jahrgang
Verlag: UMG Verlagsgesellschaft mbH
Frielinger Str. 31, 28215 Bremen
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Erscheinungsweise: vierteljährig
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veröffentlicht im Schattenblick zum 26. Januar 2012