Von der Chemie zum Leben

Es gibt einen einfachen Weg, künstliches Leben zu erschaffen. Man kann zum Beispiel ein bisschen Gentechnik betreiben und dann öffentlich erzählen, dass der Rest der Zelle sowieso nichts wichtiges macht. Und dann gibt es die komplizierte Variante, in der die Begriffe "künstlich" und "erschaffen" tatsächlich das bedeuten, was im Wörterbuch steht. Das ist der Weg, den der Chemie-Nobelpreisträger Jack Szostak gewählt hat. Es ist der gleiche Weg, den die chemische Evolution bei der Entstehung des Lebens auf der Erde ging.

Dabei konzentriert er sich auf zwei Komponenten, von denen er davon ausgeht, dass sie für die erste Protozelle unverzichtbar gewesen sein müssen: Außenrum ein Membransäckchen, im Inneren sich ein Molekül, das sich selbst vervielfältigen konnte – ein Replikator. Mehr braucht es nicht, denn das Funktionsprinzip dieser Kombination ist zuerst einmal simpel. Ein Kettenmolekül speichert in der Abfolge seiner Bausteine Information und – indem es den Zusammenbau eines komplementären Doppelstranges fördert – gibt sie weiter. Die Membran sorgt dabei dafür, dass die kopierten Makromoleküle zusammen bleiben, während sie durchlässig genug ist, um Nachschub an kleinen Chemikalien hindurchzulassen.

Soweit die Theorie. Doch die wichtigsten Fragen beantwortet dieses Szenario noch nicht. Völlig offen ist, ob ein unglaublicher Zufall nötig war um alle Bausteine des Lebens zusammen zu bringen, oder ob die Entwicklung quasi unvermeidlich ist, sobald eine Energiequelle und eine hinreichend komplexe Chemie zusammentreffen, wie zum Beispiel Christian de Duve vermutet. Anders gefragt: Ist es einfach oder schwer, Leben zu erschaffen? Es ist genau diese Frage, die Szostak im Labor beantworten möchte.

Einige Schritte sind verblüffend einfach. Verschiedene Varianten von Nucleinsäuren lagern sich unter geeigneten Bedingungen spontan entlang einer Vorlage zu einem Doppelstrang zusammen, ganz wie echte DNA. Nur eben, und das ist wichtig, ohne Katalyse allein durch die Triebkraft der Reaktion selbst. Präbiotisch. Der Schlüssel liegt in Nucleotidvarianten, die sich wesentlich bereitwilliger zusammenschließen als die vergleichsweise reaktionsträgen Nucleosidtriphosphate moderner Zellen. Szostak stellt unter anderem Phosphoindazolide der Nucleoside vor, genauso wie 2‘-Amino-Varianten, die nicht mit sich selbst reagieren können und deswegen selektiver funktionieren.

Das wirft natürlich auch die Frage auf, ob es anders hätte kommen können, oder ob nur die uns bekannten Biomoleküle oder zumindest deren enge Verwandte Leben hervorbringen können. Das zumindest lässt Szostak bisher unbeantwortet. Dafür hat er einige interessante Beobachtungen zum Thema Membranen beizutragen. Die Zellteilung ist ein so komplizierter Vorgang, dass es nur schwer Vorstellbar scheint, dass sich diese Maschinerie aus einfachen Bläschen entwickelt hat. Doch Szostak hat unter anderem mit Fettsäuren experimentiert und spricht diesen präbiotisch verfügbaren Molekülen "genau die richtige Kombination von Eigenschaften" zu.

Konkret heißt das: Vesikel auf Fettsäurebasis zeigen bei Zugabe weiterer Fettsäuren zur Lösung einen natürlichen Zyklus aus Wachstum und Teilung. Freie Moleküle lagern sich in die Doppelschicht ein, bis die Blase eine kritische Größe erreicht. Ihre Form wird irregulär, dann langgestreckt und schließlich zerfällt sie in viele kleine Bläschen. Mit ihnen beginnt der Zyklus von Neuem.

All diese Vorgänge funktionieren auf der Basis physikalischer und chemischer Mechanismen, und selbst in einfachsten Systemen. Es scheint nur eine Frage der Zeit, bis Szostak auf diesem Wege die ersten selbstvermehrenden Membranbläschen in die Welt setzt und damit tatsächlich zum zweiten Mal auf diesem Planeten Leben aus Chemie erschafft. Da bremst er allerdings selbst. Welche Hindernisse sich der zweiten Schöpfung noch in den Weg stellen werden, muss die Zukunft zeigen. Es ist jedenfalls eine gute Sache, dass Jack Szostak letztes Jahr schon mal den Chemie-Nobelpreis gekriegt hat, denn bis seine Arbeit an einer synthetischen Zelle Früchte trägt, werden wohl noch ein paar Venter-Pressemitteilungen ins Land gehen.