Darmkeime und DNA liefern Computer-Bauteile

Die Vorstellung eines „biologischen Computers“ ist einen Schritt näher gerückt: Forscher vom Imperial College London haben logische Schaltungen aus manipulierten Darmbakterien gebaut.

Wie sie in der Zeitschrift „Nature Communications“ berichten, eignen sich diese Schaltungen als Grundbausteine für mikroskopisch kleine Sensoren. Mit diesen könnte man eines Tages beispielsweise nach Kalkablagerungen in der Blutbahn suchen und dort Wirkstoffe abgeben oder bei Umweltgiften akustischen Alarm schlagen und diese neutralisieren.

Genmanipuliertes Naturprinzip

Logische Schaltungen bilden das Prinzip des Silizium-Schaltkreises, auf den das ganze digitale Zeitalter aufbaut: Sie reagieren auf Eingaben mit „0“ oder „1“ und verarbeiten diese. Nach dieser Schaltform funktioniert jedoch auch jede lebende Zelle der Natur, um auf Signale der Umwelt zu reagieren. Zellen nehmen dank logischen Schaltungen die Umwelt wahr und entscheiden, wie sie auf äußere Einflüsse reagieren sollen. So orten Einzeller auf diese Weise Nährstoffe und nähern sich diesen an. Andere Zellen setzen Schutzmechanismen in Gang, sobald sie mit Giften oder ungünstigen pH-Werten in Berührung kommen.

Dasselbe Prinzip haben sich die Forscher um Richard Kitney nun zunutze gemacht. Sie schleusten in Zellen des Darmkeims Escherichia coli Gene ein und programmierten es dazu für ihre Zwecke um. Das Bakterium produzierte in Folge nur dann bestimmte Substanzen, wenn es mit zwei verschiedenen chemischen Molekülen in Kontakt kam. Anders als bei bisherigen synthetischen Genschaltkreisen für logische Funktionen war das System nun erstmals modular und zudem unabhängig vom Stoffwechsel des Wirtsbakteriums, da man nun die chemischen Eingangssignale beliebig austauschen konnte.

Mehrere Schaltungen kombinierbar

Den Londoner Forschern gelang die Kombination eines „UND“ und eines „NICHT“-Schalters, wodurch die von der ersten Schaltung abgegebene chemische Substanz der zweite biologische Schalter mit der Produktion eines Hemmstoffes reagiert. Nun sollen weitere Kombinationen zu komplexeren biologischen Schaltungen erstellt werden. Eine Anwendung des biologischen Computers haben unlängst Züricher Wissenschaftler gezeigt. Ihr System soll die deaktivierten Selbstmordmechanismen von menschlichen Krebszellen erkennen und diese zerstören (pressetext berichtete: http://pressetext.com/news/20110902013 ).