Künstliches Chromosom der Bierhefe

Ein Forscherteam des Manchester Institutes of Biotechnology (MIB) und des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie (Marburg) hat ein synthetisches Chromosom (tRNA-Neochromosom) der Bierhefe nachgebaut, auf dem alle tRNA-Gene kodiert sind. Bierhefe (Saccharomyces cerevisiae) wird in industriellen biotechnologischen Prozessen zur Herstellung von vielen chemischen Wertstoffen genutzt. Der Vorteil einer synthetischen Zelle ist ihre höhere Effizienz bei der Herstellung der gewünschten Stoffe. Hefezellen können optimiert werden, indem sie nur die für das Produkt notwendigen Gene enthalten. Außerdem lassen sich neue Bakterienstämme erzeugen, welche robuster gegenüber Umwelteinflüssen sind.

In einer natürlichen Hefezelle sind die tRNA-Gene über alle Chromosomen verteilt. Mit Hilfe der synthetischen Biologie können die Forscher neue Chromosomen bauen, auf denen alle tRNA-Gene geordnet zusammenliegen. Ziel des Hefe-Genom-Projektes ist die künstliche Herstellung aller 16 Chromosomen von S. cerevisiae. Das internationale Forscherteam hat bereits sechseinhalb synthetische Chromosomen in eine Zelle eingebracht. Alle 275 tRNA-Gene aus dem Kern der Hefezelle sind in dem künstlichen tRNA-Neochromosom gespeichert und organisiert.

Der Nachbau eines natürlichen Chromosoms schafft für die Forschung neue Möglichkeiten: Es können neue genetische Informationen in die künstlichen Chromosomen eingebracht werden, die natürlicherweise dort nicht gespeichert sind. Auch die Funktion einzelner Gene kann überprüft werden.

„Das Bemerkenswerte an diesem Projekt ist das Ausmaß der Zusammenarbeit und die Interdisziplinarität, mit der es durchgeführt wird. Nicht nur unsere Experten hier am MIB sind beteiligt, sondern Experten aus der ganzen Welt, von Biologie und Genomik bis hin zu Informatik und Bioengineering,“ erklärt der Leiter der Abteilung Synthetic Genomics am MIB und internationaler Koordinator des Projektes Sc2.0 Professor Yizhi Cai.

Durch moderne Entwicklungen in der Molekulargenetik und mittels Hochdurchsatztechnologien sowie der Zusammenarbeit mehrerer Experten aus unterschiedlichen Disziplinen kann die Arbeit zeitsparender und kostengünstiger durchgeführt werden.

Seine Studienergebnisse veröffentlichte das Forscherteam in der Fachzeitschrift Cell.