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02.04.25  02.04.25 Ist „Spiegel-Leben“ gefährlich?

Im Dezember 2024 warnte eine Gruppe von Biologen vor den aufkommenden Forschungen zur Schaffung von „Spiegel-Leben“. Hierbei werden Organismen auf der Grundlage von Molekülen entwickelt, die spiegelbildlich zu den in Lebewesen vorkommenden Molekülen sind. Wissenschaftler äußerten Bedenken hinsichtlich der biologischen Stabilität, ethischer Fragestellungen und potenzieller Risiken für Umwelt und Gesellschaft. Besonders besorgniserregend ist die Inkompatibilität von Spiegel-Leben mit bestehenden biologischen Systemen, die möglicherweise die Existenz normalen Lebens bedrohen könnte. Angesichts der enormen wissenschaftlichen Herausforderungen im Bereich der Lebensentstehung stellt sich jedoch die Frage, ob Spiegel-Leben tatsächlich realisierbar ist – oder ob es sich eher um einen Hype handelt, der darauf abzielt, Aufmerksamkeit und finanzielle Unterstützung zu gewinnen.

Peter Borger

Chiralität in der Chemie und ihre Anwendung im Leben

Chiralität ist ein Konzept in der Chemie, das sich auf die „Händigkeit“ von Molekülen bezieht. Ein Molekül wird als chiral bezeichnet, wenn es nicht mit seinem Spiegelbild zur Deckung gebracht werden kann. Dies ist ungefähr so wie die linke Hand nicht mit der rechten Hand zur Deckung gebracht werden kann – dasselbe gilt auch für den linken und den rechten Schuh. Diese chemische Eigenschaft tritt auf, wenn ein Molekül ein zentrales Kohlenstoffatom (als chirales Zentrum bezeichnet) hat, das an vier verschiedene Substituenten gebunden ist. Wenn ein Molekül Chiralität zeigt, existiert es in zwei Spiegelbildformen (L und D-Form), den sogenannten Enantiomeren (Abb. 484).

Abb. 484  Die beiden Enantiomere eines chiralen Moleküls (hier einer Aminosäure: R = Rest) unterscheiden sich ähnlich wie rechte und linke Hand voneinander. (πϵρήλιο, Gemeinfrei)

Enantiomere haben in den meisten Umgebungen identische physikalische und chemische Eigenschaften, unterscheiden sich jedoch darin, wie sie mit polarisiertem Licht interagieren. Die L- und D-Formen eines Enantiomers drehen das Licht jeweils in entgegengesetzte Richtungen: die L-Form dreht das Licht nach links, während die D-Form es nach rechts dreht. Diese Eigenschaft ermöglicht es, die Enantiomere durch Polarimetrie zu unterscheiden und ist entscheidend für viele chemische und biologische Prozesse.

In der Biologie spielt Chiralität eine zentrale Rolle. Ein auffälliges Beispiel ist die Struktur und Funktion von Biomolekülen. Aminosäuren, die Bausteine von Proteinen, kommen in der Natur überwiegend in ihrer linksdrehenden (L-)Form vor, während Zucker, die Nukleinsäuren wie DNA bilden, rechtsdrehend (D-Form) sind. Diese Präferenz für bestimmte Enantiomere ist für die richtige biologische Funktion entscheidend. Enzyme zum Beispiel sind sehr selektiv darin, bestimmte Enantiomere zu erkennen und Reaktionen zu katalysieren, die nur mit den richtigen Molekülen ablaufen, etwa bei der Proteinsynthese oder der DNA-Replikation.

Die chirale Natur von Molekülen hat auch Bedeutung in der Pharmazie, wo die Wirksamkeit und Sicherheit von Medikamenten oft von der Chiralität der Verbindung abhängt. Ein Enantiomer eines Medikaments kann die gewünschte therapeutische Wirkung haben, während sein Spiegelbild unwirksam oder sogar schädlich sein kann. Das berüchtigte Beispiel von Thalidomid (früher: Contergan®), das aufgrund seines Enantiomers Schwangerschaftsfehlbildungen verursachte, zeigt die Bedeutung der Chiralität in der Arzneimittelentwicklung. Thalidomid wurde ursprünglich als Schlaf- und Beruhigungsmittel für schwangere Frauen beworben, was dann tragischerweise zu schwerwiegenden Fehlbildungen bei den Tausenden Neugeborenen führte (Eléfant 2020). Dieses Beispiel verdeutlicht, wie selbst kleine Unterschiede in der Molekularstruktur eines Medikaments enorme Auswirkungen auf seine Wirkung und Sicherheit haben können.

Spiegel-Leben

In den lebenden Zellen erkennen Enzyme, die für die Proteinsynthese verantwortlich sind, ausschließlich L-Aminosäuren und D-Zucker und verarbeiten diese entsprechend. Man könnte sich jedoch theoretisch auch ein Leben vorstellen, das auf der umgekehrten Chiralität basiert – also mit D-Aminosäuren und L-Zuckern, die dann mit ihren Spiegelbildversionen ein eigenes biologisches System bilden: Spiegel-Leben.

Spiegel-Leben bezeichnet somit die Vorstellung, dass die Moleküle eines Lebenssystems nicht auf den natürlichen, „normalen“ Chiralitäten basieren, sondern auf ihren Spiegelbildversionen. Das bedeutet, dass anstelle von linksdrehenden Aminosäuren und rechtsdrehenden Zuckern der hypothetische Spiegel-Organismus aus rechtsdrehenden Aminosäuren und linksdrehenden Zuckern bestehen würde. Diese Moleküle wären ebenso chirale Enantiomere wie die natürlichen, jedoch würde ein Spiegel-Leben-Organismus eine vollständig andere biochemische Maschinerie benötigen, die speziell auf diese umgekehrte Chiralität abgestimmt ist.

Biologen warnen vor Gefahren des Spiegel-Lebens

Im Dezember 2024 warnte eine Gruppe von Wissenschaftlern aus dem Bereich der synthetischen Biologie vor den aufkommenden Forschungen zur Schaffung von Spiegel-Leben (Adamala et al. 2024). Ein Hauptgrund für ihre Warnung betrifft die unvorhersehbaren Effekte von Spiegel-Leben, besonders das Risiko einer Kreuzkontamination („gegenseitigen Verunreinigung“) zwischen Spiegel-Leben und normalem irdischen Leben. Es wäre möglich, dass schon kleinste Mengen an Spiegelbildmolekülen die normalen Funktionen bestehender biologischer Systeme stören könnten. Und dann könnte das unvorhergesehene Auswirkungen auf Ökosysteme, die Landwirtschaft oder andere Bereiche des Lebens haben und langfristige Umweltschäden verursachen. Und was wäre, wenn diese Technologie missbraucht wird? In den falschen Händen könnte sie dazu verwendet werden, Organismen zu erschaffen, die der Umwelt oder der öffentlichen Gesundheit schaden. Die unvorhergesehenen Konsequenzen einer solchen Biotechnologie, besonders der Einsatz von Spiegel-Leben-Organismen als biologische Waffen, fügen der Debatte eine weitere, gefährliche Dimension hinzu. Die erwähnte Gruppe von Biologen betont deshalb, dass strenge Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden müssten, um zu verhindern, dass Spiegel-Leben-Organismen mit der restlichen Biosphäre in Kontakt kommen.

Spiegel-Leben erschaffen: So unmöglich wie beim uns bekannten Leben

Aktuelle Entwicklungen in der synthetischen Biologie, insbesondere die Arbeiten von Craig Venter und seinem Team, verdeutlichen die enormen Herausforderungen in der synthetischen Biologie (Hutchison et al. 2016). Diese Versuche, eine lebende Zelle zu konstruieren, zeigten, warum der Bau eines Spiegel-Leben-Organismus reine Phantasie ist. Das Team von Craig Venter schrieb im Jahr 2010 Geschichte, als es gelang, ein bakterielles Genom zu synthetisieren und in eine Zelle einzuführen, wodurch ein Organismus mit im Labor synthetisierter DNA „geschaffen“ wurde. Die DNA war jedoch von einem natürlichen Bakterium, Mycoplasma mycoides, synthetisch kopiert worden und danach in eine lebendige Zelle eingepflanzt worden, deren Erbgut zuvor entfernt worden war (Hutchison et al. 2016). Dieser Prozess war zwar revolutionär, basierte jedoch auf der Nutzung bereits existierender biologischer Strukturen und Informationssysteme. Alle Versuche der Wissenschaftler, Leben selbst von Grund auf aus einfachen Molekülen zu entwerfen, scheiterte jedoch zuvor vollständig, da man von etwa einem Drittel der lebenswichtigen Gene dieses Organismus nichts wusste – ihre Existenz war sogar unbekannt (Krulwich 2016). Anders gesagt: Was man nicht versteht, kann man nicht machen (bzw. nachmachen).

Der entscheidende Unterschied zwischen der Biochemie des „normalen“ Lebens und der des Spiegel-Lebens liegt in den molekularen Wechselwirkungen. In natürlichen Systemen sind Enzyme, die für die Proteinsynthese verantwortlich sind, auf L-Aminosäuren angewiesen und bauen diese zu funktionierenden Proteinen. D-Aminosäuren, die spiegelbildlichen Versionen dieser Moleküle, können von diesen Enzymen jedoch nicht verarbeitet werden. Ein künstlich aus D-Aminosäuren aufgebautes Protein würde in einem L-Aminosäuren-basierten System nicht funktionieren und könnte auch nicht von einem normalen Organismus gebildet oder abgebaut werden. Die Biochemie eines Spiegel-Leben-Organismus würde ausschließlich auf den umgekehrten Chiralitäten beruhen, also aus Molekülen bestehen, die von normalen Organismen nicht erkannt werden können. Dies macht eine schrittweise Entwicklung eines Spiegel-Leben-Organismus mithilfe bestehender Mikroben, bei dem man immer mehr Teile durch spiegelbildliche Versionen ersetzt, unmöglich.

Ein Hype, um Gelder zu bekommen?

Wenn es Wissenschaftlern schon nicht gelingt, einen normalen Organismus zu erschaffen – und dies nach unserem aktuellen Kenntnisstand aufgrund der Komplexität selbst der einfachsten Zellen auch nicht möglich ist – erscheint die Idee, einen funktionalen Organismus auf Basis von Spiegelbildmolekülen zu entwickeln, als reine Spekulation. Trotzdem schreibt die Gruppe: „Wir empfehlen auch Forschungen, um die Risiken von Spiegel-Bakterien besser zu verstehen und um sich darauf vorzubereiten, solange weder Spiegel-Bakterien noch irgendeine entscheidende Vorstufe dafür produziert werden“ (Adamala et al. 2024).

Angesichts der wissenschaftlichen und technischen Herausforderungen haben einige Journalisten, darunter auch solche vom SPIEGEL, in Frage gestellt, ob die Warnung vor der Spiegel-Leben-Forschung wirklich auf echten wissenschaftlichen Erkenntnissen basiert oder eher durch den Wunsch nach finanzieller Unterstützung und öffentlicher Aufmerksamkeit motiviert ist. Es könnte sich dabei um eine Strategie handeln, um Gelder für die synthetische Biologie zu gewinnen, die beträchtliche finanzielle Ressourcen benötigt und sich aktuell in einer Sackgasse befindet (Miller 2023). Die rein spekulative Natur dieser Forschung und das damit verbundene Schüren von Angst in der unaufgeklärten Öffentlichkeit werfen die berechtigte Frage auf, ob eine weitere Unterstützung solcher Projekte tatsächlich gerechtfertigt ist.

Literatur

Adamala KP, Agashe D, Belkaid Y et al. (2024) Confronting risks of mirror life. Science 386, 13511353, doi: 10.1126/science.ads9158, PDF verfügbar unter: https://www.researchgate.net/publication/386988387.
Eléfant E, Hanin C & Cohen D (2020) Pregnant women, prescription, and fetal risk. Handb. Clin. Neurol. 173, 377–389, doi: 10.1016/B978-0-444-64150-2.00027-7.
Hutchison CA 3rd, Chuang RY, Noskov VN et al (2016) Design and synthesis of a minimal bacterial genome. Science 351, aad6253, doi: 10.1126/science.aad6253.
Krulwich B (2016) We built the world’s simplest cell – but dunno how it works, vom 21.04.2016, https://www.nationalgeographic.com/science/article/we-built-the-worlds-simplest-cell-but-dunno-how-it-works.
Miller B (2023) On Origin of Life, Chemist James Tour Has Successfully Called These Researchers’ Bluff. Evolution News, vom 31.102.2023, https://evolutionnews.org/2023/10/on-origin-of-life-chemist-james-tour-has-successfully-called-these-researchers-bl

Diese News kann man auch auf der neuen Website Genesis-net.de lesen: https://genesis-net.de/n/353-0/

Autor dieser News: Peter Borger

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