It's alive!! (erstes künstliches Leben)

[Dannyboy]

Nein, nur die DNA-Sequenz eines Chromosoms. Die Gensequenzen entsprechen den natürlichen, aber die vielen repetitiven Sequenzen wurden ausgelassen.

[Liopleurodon]

Darf ich das so verstehen, dass das Genom komplett aus Oligonukleotiden synthetisch hergestellt wurde, ohne auf natürliche DNA-Sequenzen als "Bausteine" zurückzugreifen?

Jein. Man hat kleine Teilstücke des Chromosoms hergestellt, diese dann aber schrittweise in lebende Zellen eingebracht, wo dann die natürlichen Bereiche des Hefechromosoms gegen die künstlichen ausgetauscht wurden. Also ganz ohne Kooperation der Hefe ging es nicht.

http://www.marcottelab.org/users/BIO337_2014/Science-2014-Annaluru-55-8.pdf

Und selbstverständlich benötigt man weiterhin lebende Zellen und deren eigene Maschinerie, um das künstliche Chromosom zu erhalten und zu vermehren.

[Halman]

Danke für die Klarstellung, Liopleurodon. Also setzte man synthetische Teile in einer lebenden Zelle ein.

Der erste künstlich zusammengebaute Virus scheint aber vollständig synthestisch zu sein, oder habe ich den Artikel diesbezüglich falsch verstanden? Woher stammen die Gensequenzen, die zur Konstruktion der künstlichen Polio-Viren verwendet wurden? Wurden nun Viren modifiziert oder vollständig aus anorganischem Material künstlich hergestellt?

[Dannyboy]

Danke für die Klarstellung, Liopleurodon. Also setzte man synthetische Teile in einer lebenden Zelle ein.

Der erste künstlich zusammengebaute Virus scheint aber vollständig synthestisch zu sein, oder habe ich den Artikel diesbezüglich falsch verstanden? Woher stammen die Gensequenzen, die zur Konstruktion der künstlichen Polio-Viren verwendet wurden? Wurden nun Viren modifiziert oder vollständig aus anorganischem Material künstlich hergestellt?

Nein, es wurde aus organischen Material (sprich Verbindungen, die Kohlenstoff enthalten) künstlich hergestellt.
Die Sequenzen entsprechen den natürlichen, abgesehen von den künstlichen Markern.

[Spocky]

Zwar nicht vollkommen künstlich, aber am Leben:

Wissenschaftler haben erstmals Bakterien gezüchtet, deren Erbgut nicht nur aus 4 verschiedenen Nukleinbasen besteht, sondern aus 6.
Scientists create the first life form with 'alien' DNA | The Verge

[Liopleurodon]

Zwar nicht vollkommen künstlich, aber am Leben:

Wissenschaftler haben erstmals Bakterien gezüchtet, deren Erbgut nicht nur aus 4 verschiedenen Nukleinbasen besteht, sondern aus 6.
Scientists create the first life form with 'alien' DNA | The Verge

Interessant. Die beiden neuen Nukleotide verhalten sich wie GC-Paare. Ich würde mal vermuten, dass sie nur in der dritten Position der Codons eingebaut werden. Das ist die einzige Position, die man verändern kann, ohne dass es Probleme mit der Spezifität der tRNAs gibt.

[Spocky]

Interessant. Die beiden neuen Nukleotide verhalten sich wie GC-Paare. Ich würde mal vermuten, dass sie nur in der dritten Position der Codons eingebaut werden. Das ist die einzige Position, die man verändern kann, ohne dass es Probleme mit der Spezifität der tRNAs gibt.

Jein. Dass es an der dritten Stelle in der Regel keine Probleme gibt liegt daran, dass dadurch die codierte Aminosäure sich nicht ändert. Das gilt aber eben auch nicht für alle Kombinationen.

Wenn nun das neue Basenpaar sich genauso verhält, wie G/C, dann ist auch denkbar, dass es diese vollwertig ersetzt, egal an welcher Stelle.

Was mich persönlich besonders interessiert wäre zu wissen, ob die Codierungen universell gelten, weil die Gesetze der Chemie nichts anderes zulassen, oder ob die Codierungen evolutionsbedingt sind.

[Liopleurodon]

Wenn nun das neue Basenpaar sich genauso verhält, wie G/C, dann ist auch denkbar, dass es diese vollwertig ersetzt, egal an welcher Stelle.

Das bleibt noch zu zeigen. Bisher wurde der Einbau in die DNA gezeigt, aber die Frage der Spezifität bleibt noch zu klären.

Was mich persönlich besonders interessiert wäre zu wissen, ob die Codierungen universell gelten, weil die Gesetze der Chemie nichts anderes zulassen, oder ob die Codierungen evolutionsbedingt sind.

Natürlich werden die Codierungen darauf zurückzuführen sein, mit welchem Satz von Molekülen die ersten Lebensformen begannen. Wichtiger als die Chemie ist übrigens die Geometrie des Moleküls und wie leicht oder wie schwer es sich zwecks Ablesung und Reproduktion aufwickeln lässt.

[Dannyboy]

Die Geometrie ist Bestandteil der Chemie des Moleküls. Struktur und Eigenschaften sind integrale Bestandteile. Es ist Unsinn, dass zu trennen.
Im übrigen stellt die Natur bereits wesentlich mehr als 4 Basenpaare bereit. Allerlei Methylierungen modifizieren die DNA in vielfältiger Weise.

[Spocky]

Natürlich gehört in dem Fall die Geometrie entscheidend mit zur Chemie, weshalb das ganze nicht weniger chemisch wird, schlimmstenfalls müsste man es als physikalische Chemie bezeichnen.

In der Mineralogie ist das ja auch ähnlich, wo nicht immer Elemente/Ionen gleicher Ladung ersetzt werden, sondern öfter mal von ähnlicher Größe. Bestes Beispiel sind da die Feldspäte (K[AlSi3O8], Na[AlSi3O8] und Ca[Al2Si2O8]), wo ja auch die Mischreihe zwischen Na und Ca vollkommen ist (Plagioklasreihe), während die bei K und Na bei niedrigeren Temperaturen eine Mischungslücke aufweist. Für den Ladungsausgleich wird dann eben zusätzlich ein Si durch Al ersetzt. Das ist aber dennoch alles Chemie und keine reine Geometrie.

Das entscheidende ist ja, ob es überhaupt Moleküle mit einer Geometrie geben kann, die meinetwegen UUU (Phenylalanin und neben AUG das einzige, das ich mir gemerkt hab) auch für beispielsweise Thyrosin codieren kann.

Edit:
@ Dannyboy: Dass es mehr Basen ist, ist mir bekannt und wären die eingebaut worden, wären die Codierungen zwangsläufig auch anders. Da aber in obigem Beispiel möglicherwiese G und C 1:1 ersetzt werden können, ergibt sich daraus ja noch nicht zwangsläufig was neues. Das wäre bei einer veränderten RNA-Polymerase schon was anderes.

[Dannyboy]

Tyrosin. Ja, allerdings ist das nicht nur eine Ja/Nein-Entscheidung. Da die Bindungsenergien am aktiven Zentrum des Ribosoms und der tRNA nicht identisch sein werden, hat das natürlich auch Einfluss auf die Geschwindigkeit der Proteinsynthese.

[Liopleurodon]

Das entscheidende ist ja, ob es überhaupt Moleküle mit einer Geometrie geben kann, die meinetwegen UUU (Phenylalanin und neben AUG das einzige, das ich mir gemerkt hab) auch für beispielsweise Thyrosin codieren kann.

Die Modifikation von tRNAs ist möglich. Es gab schon mal einen Versuch, wo man eine tRNA so umdefiniert hat, dass sie statt Tryptophan Fluor-Tryptophan angeliefert hat.

Natürlich vorkommende Variationen sind die unterschiedlichen Verwendungen mancher Codons in verschiedenen Organismenlinien. Der Code muss nur eindeutig sein in dem Sinne, dass ein gegebenes Codon innerhalb eines Organismus immer für eine bestimmte Aminosäure steht. Genetisch wird dies dadurch erreicht, dass jeder Organismus über seinen spezifischen und festen Satz von tRNAs verfügt, die eben diese Eindeutigkeit gewährleisten.

Es steht auch die Hypothese im Raum, dass der erste genetische Code mit nur 8 Aminosäuren auskam.

[Liopleurodon]

Zwar nicht vollkommen künstlich, aber am Leben:

Wissenschaftler haben erstmals Bakterien gezüchtet, deren Erbgut nicht nur aus 4 verschiedenen Nukleinbasen besteht, sondern aus 6.
Scientists create the first life form with 'alien' DNA | The Verge

Ich habe mir den Artikel jetzt mal durchgelesen. Es wurde genau 1 - in Worten: ein - Basenpaar ausgetauscht und im Plasmid stabil repliziert. Den Zellen musste zuvor auch eigens ein fremder Transporter eingesetzt werden, der die beiden ungewöhnlichen Nukleotide aus dem Medium aufnehmen kann, denn der Syntheseweg für diese Moleküle ist in E. coli nicht vorhanden.

Der nächste Schritt wäre nun, die ungewöhnlichen Basenpaare auch in anderen Positionen einzubauen und zu testen, ob sie auch in höheren Anteilen im DNA-Strang noch repliziert werden können oder ob es dabei sterische oder energetische Probleme gibt.

[Liopleurodon]

Das entscheidende ist ja, ob es überhaupt Moleküle mit einer Geometrie geben kann, die meinetwegen UUU (Phenylalanin und neben AUG das einzige, das ich mir gemerkt hab) auch für beispielsweise Thyrosin codieren kann.

Noch nicht einmal die STOP-Codons werden konsequent durchgehalten:

http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/40048/title/When-Stop-Means-Go/

[Spocky]

Noch nicht einmal die STOP-Codons werden konsequent durchgehalten:
http://www.the-scientist.com/?articl...Stop-Means-Go/

Ah, Danke, das ist jetzt mal interessant

Offensichtlich gilt das für 2 von 3 möglichen Stop-Codons (TGA und TAG; TAA bedeutet immer Stop).

Jetzt, wo ich das lese, fällt mir auch wieder ein, dass mir mal eine Genetikerin, die hier mal aktiv war, erzählt hat, dass es in ihrem Berufszweig auch ein "running Gag" sei, sich mit "TAG" zu verabschieden. Die Frage ist nun, was die neuen Erkenntnisse für diese Verabschiedung bedeuten