Die Forscher Keren Roas und Lior Nissim von der Hebr\u00e4ischen Universit\u00e4t Jerusalem haben als erste k\u00fcnstliche genetische Systeme in menschlichen Zellen entwickelt, die komplexe Informationen verarbeiten und pr\u00e4zise Anweisungen befolgen k\u00f6nnen. Obwohl Experten schon lange Zellen so programmieren wollten, dass sie Krankheitszust\u00e4nde erkennen und darauf reagieren, bestand das Haupthindernis bisher im Mangel an geeigneten genetischen Bausteinen.
Bisherige Ans\u00e4tze waren schrittweise, d. h. jeder neue Befehl erforderte eine zus\u00e4tzliche Rechenebene innerhalb der Zelle. Je gr\u00f6\u00dfer das System, desto schneller nahmen Zuverl\u00e4ssigkeit und Effizienz dieser biologischen Berechnungen ab. Das Team aus Jerusalem hat jedoch einen v\u00f6llig neuen Weg beschritten, der es Zellen erm\u00f6glicht, komplexe Programme mit deutlich weniger Schritten und genetischem Material auszuf\u00fchren. Dabei konnten sie die volle Funktionalit\u00e4t der Zelle erhalten, ohne sie zu \u00fcberlasten.
Um dies zu erreichen, nutzten sie einen nat\u00fcrlichen Prozess namens RNA-Trans-Splicing, bei dem Teile genetischer Informationen innerhalb einer Zelle miteinander verbunden werden. Diesen kombinierten sie mit eigens entwickelten regulatorischen Elementen. Sie schufen spezielle molekulare Werkzeuge, die als biologische Prozessoren fungieren und die Expression spezifischer Gene gem\u00e4\u00df einem vorgegebenen Plan ausl\u00f6sen. Da das System mehrere Signale gleichzeitig verarbeiten kann, ist es \u00e4u\u00dferst effizient.
Im Rahmen der Demonstration bauten Wissenschaftler biologische Ger\u00e4te, die reale Computerkomponenten nachbilden. Sie entwickelten einen biologischen Volladdierer, der einfache Bin\u00e4rberechnungen durchf\u00fchren kann, \u00e4hnlich einer 3-Bit-Einheit in einem Computerprozessor. Au\u00dferdem entwickelten sie eine biologische Version eines Multiplexers, eines elektronischen Bauteils, das aus mehreren Signalen ausw\u00e4hlt und weiterleitet. Alle diese Prozesse wurden mithilfe von fluoreszierenden Proteinen \u00fcberwacht, die in verschiedenen Farben leuchten.
Trotz der anf\u00e4nglichen Begeisterung birgt die \u00dcbertragung solcher Laborsysteme auf den menschlichen K\u00f6rper unvorhersehbare Risiken. Deshalb haben die Forscher bereits einen Sicherheitsmechanismus integriert. Erkennt eine Zelle eine ung\u00fcltige oder \u00fcberlastete Konfiguration, l\u00f6st sie eine spezielle Warnung aus. Dies k\u00f6nnte k\u00fcnftig schwerwiegende Fehler bei medizinischen Eingriffen verhindern.
Zuk\u00fcnftig k\u00f6nnten diese intelligenten Zellen die K\u00f6rperumgebung kontinuierlich \u00fcberwachen. Eine programmierte Zelle k\u00f6nnte mehrere Krankheitsmarker gleichzeitig \u00fcberpr\u00fcfen und ein Medikament nur dann freisetzen, wenn sie eine bestimmte Kombination erkennt. Um dieses Konzept zu demonstrieren, wurden die Zellen so programmiert, dass sie Interleukin-15 (IL-15) aussch\u00fctten, ein Protein, das das Immunsystem zur Krebsbek\u00e4mpfung anregt.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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