Von 4-Buchstaben-DNS zu 8-Buchstaben-DNS – neue Errungenschaft der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler

10. Purattasi 2026 Einleitung Von Bakterien bis zum Blauwal verwenden alle bekannten Lebewesen auf der Erde dieselbe genetische Sprache (Genetic Alphabet) aus vier Buchstaben – Adenin (A), Thymin (T), Cytosin (C) und Guanin (G). Diese vier „Buchstaben“ paaren sich in der Doppelhelix-Struktur der DNA nach einem spezifischen Muster, speichern die genetische Information von Organismen und geben sie an die nächste Generation weiter. Nun haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der University of California San Diego (UC San Diego) gezeigt, dass sich diese „universelle“ genetische Sprache verdoppeln lässt: Eine erweiterte Sprache mit acht Buchstaben kann von den natürlichen zellulären Maschinen präzise gelesen werden. Die Studie, veröffentlicht am 2. September 2026 in „Nature Communications“, gilt als wichtiger Meilenstein der Synthetischen Biologie. Details der Entdeckung Das Forschungsteam unter Leitung von Professor Tong Wang von der Skaggs School of Pharmacy der UC San Diego führte diese Studie mit Fokus auf ein zentrales Zellenzym durch: die „RNA-Polymerase“ (RNA Polymerase). Dieses Enzym liest DNA und stellt RNA her – der erste Schritt der Genexpression (Gene Expression). Mithilfe der hochpräzisen Bildgebungstechnik „Kryo-Elektronenmikroskopie“ (Cryo-Electron Microscopy) filmte das Team die Aktivität dieses Enzyms in einem Maßstab, der kleiner ist als die Breite eines Atoms. Die „Hachimoji“-Sprache mit acht Buchstaben Die in dieser Studie verwendete erweiterte genetische Sprache wird „Hachimoji“ genannt – ein japanisches Wort mit der Bedeutung „acht Buchstaben“. Es bezeichnet ein System, das vier natürliche Buchstaben mit vier künstlich erzeugten neuen DNA-Buchstaben kombiniert. Das Team stellte fest, dass die RNA-Polymerase des Bakteriums E. coli diese neuen Buchstaben nach demselben Prinzip wie die natürlichen Buchstaben präzise erkennt und verarbeitet. Warum ist diese Entdeckung wichtig? Schon zuvor hatten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Labor künstliche DNA-Buchstaben erzeugt. Die große Herausforderung bestand jedoch darin, ob die natürlichen zellulären Maschinen (Enzyme zum Kopieren und Lesen von DNA) diese neuen Buchstaben korrekt verarbeiten können. Wenn die Enzyme bei neuen Buchstaben „stolpern“, können Fehler in der genetischen Information entstehen. Die neue Studie bestätigt, dass ein wichtiges natürliches Enzym – ohne jegliches Redesign – diese neuen Buchstaben exakt verarbeiten kann. Das ist ein entscheidender Beleg dafür, dass erweiterte genetische Information verarbeitet werden kann, ohne Zellen vollständig neu zu konstruieren. Funktion auch ohne Wasserstoffbrückenbindungen In einer weiteren Studie desselben Teams, veröffentlicht am 12. August 2026 in „PNAS“ (Proceedings of the National Academy of Sciences), wurde eine noch erstaunlichere Entdeckung berichtet: Die RNA-Polymerase konnte auch ein künstliches DNA-Buchstabenpaar ohne Wasserstoffbrückenbindungen erkennen und verarbeiten. Üblicherweise gelten Wasserstoffbrückenbindungen als unverzichtbar, um die beiden DNA-Stränge zusammenzuhalten. Dass das Enzym auch ohne diese Bindungen funktionieren kann, wirft neue Fragen für das grundlegende Verständnis der Genetik auf. Praktische Anwendungen Die Forschenden betonen, dass diese Entdeckung nicht nur von grundlegendem wissenschaftlichem Interesse ist, sondern auch den Weg zu wichtigen praktischen Anwendungen eröffnen könnte. Bereits zuvor wurden mithilfe erweiterter genetischer Sprachen künstliche DNA-Moleküle entwickelt, die Leberkrebszellen erkennen können. Zu verstehen, wie RNA-Polymerase diese künstlichen Buchstaben so präzise liest, liefert eine molekulare Grundlage für die Entwicklung neuer Diagnostika (Diagnostics), Therapien (Therapeutics) sowie technischer biologischer Systeme (Engineered Biological Systems), die Funktionen ausführen können, die in der Natur nicht vorkommen. Langfristiges Ziel der Synthetischen Biologie Die Erweiterung der DNA-Sprache ist eines der langfristigen Ziele der Synthetischen Biologie (Synthetic Biology). Wenn es gelingt, Organismen durch Engineering so zu erzeugen, dass sie neue, in der Natur nicht vorhandene Aminosäuren produzieren oder neue Funktionen ausführen können, könnte dies zu revolutionären Veränderungen in Medizin, Landwirtschaft und Industrie führen. Beispielsweise könnten Mikroorganismen entstehen, die neuartige Proteine herstellen, oder zelluläre Systeme, die Wirkstoffbestandteile produzieren, die in der Natur nicht vorkommen. Vorsichtige Aufnahme durch die wissenschaftliche Gemeinschaft Obwohl die Entdeckung weithin gelobt wird, prüfen unabhängige Forschende im Rahmen des wissenschaftlichen Prozesses diese Ergebnisse sorgfältig. Dass die molekulare Struktur mittels Kryo-Elektronenmikroskopie direkt abgebildet wurde, gilt als deutlich belastbarerer, unmittelbarer Beleg als frühere indirekte Hinweise (etwa Fehlerraten). Schlussfolgerung Diese Entdeckung, die die grundlegende genetische Sprache des Lebens erweitert, verschiebt die Grenzen der Biowissenschaften in neue Richtungen. Die Fähigkeit, die genetische Sprache von vier auf acht Buchstaben zu erweitern, könnte in Zukunft den Boden für bahnbrechende Fortschritte in Medizin, Diagnostik und Bioengineering bereiten. Sie markiert ein wichtiges wissenschaftliches Kapitel, das zeigt, dass selbst die fundamentale Sprache des Lebens ein System ist, das vom Menschen weiterentwickelt werden kann. Veröffentlichung: Arivuppasi Media